BAB
I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pemisahan
bahan dalam suatu proses industri pengolahan bahan merupakan metode yang umum
digunakan. Pemisahan bahan ini dimanfaatkan untuk memperoleh bahan dengan
fraksi atau bentuk dan ukuran yang diinginkan. Adapun metode umum pemisahan
bahan yaitu pemisahan dengan cara mekanis dan pemisahan baha dengan cara kontak
keseimbangan bahan. Perbedaan keduanya adalah pada ada tidaknya perubahan fasa
bahan setelah dipisahkan. Pemisahan dengan metode mekanis merupakan pemisahan
bahan dengan tetap mempertahankan fasa bahan
atau tidak mengalami perubahan fasa bahan, sedangkan pemisahan bahan
dengan kontak keseimbangan bahan dapat mengubah fasa bahan yang dipisahkan dari
fasa awalnya.
Pemisahan
mekanis ini contonya adalah pengendapan, filtrasi, ekstraksi, dan sentrifugasi.
Sedangkan metode pemisahan bahan dengan kontak keseimbangan bahan meliputi
penguapan, distilasi, adsorbsi, koagulasi, dan kristalisasi. Metode ini banyak
doterapkan dalam industri khususnya industri pengolahan hasil pertanian untuk
memproduksi produk tertentu. Pengetahuan mengenai metode ini perlu dikuasai
agar penggunaanya dalam industri dapat disesuaikan dengan kebutuhan pemisahan
bahan.
Dalam industri, pemisahan bahan merupakan metode
yang umum digunakan untuk memperoleh bahan dengan ukuran atau fasa yang
diinginkan. Menurut Idrial (1987)
pelaksanaan pemisahan ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan beberapa gaya
yaitu gaya gravitasi, gaya sentrifugal,
dan gaya kinetic yang timbul dari aliran.
Pemisahan
bahan secara mekanis yaitu pengendapan, pengayakan, penyaringan (filtrasi), dan
ekstraksi. Sedangkan pemisahan dengan kontak keseimbangan bahan meliputi penguapan, distilasi, adsorbsi, koagulasi,
kristalisasi, dan sentrifugasi.
Pemisahan
mekanik yang pertama adalah pengayakan. Pengayakan adalah metode pemisahan
bahan berdasarkan ukuran dengan menggunakan gaya gravitasi dan getaran. Ayakan
dapat berbahan logam, pelat logam berlubang, kain, dll. Ukuran lubang ayakan
ini berkisar antara 4 in sampai 400 mesh. Contoh pengayakan adalah pemisahan
ukuran bahan pati dengan vibrating screen. Penggunaan ukuran ayakan ini
tergantung dari ukuran bahan yang akan diayak (Idrial, 1987). Filtrasi adalah
metode pemisahan untuk memisahkan zat padat dari cairannya dengan menggunakan
alat berpori (penyaring). Dasar pemisahan ini adalah dengan perbedaan ukuran
partikel antara pelarut dan zat terlarutnya. Penyaring akan menahan zat padat
denga ukuran yang lebih besar dari pori
saringan. Proses ini dilakukan dengan bahan yang berbentuk larutan cair. Hasil
penyaringan disebut filtrate dan zat yang tertahan disebut residu. Contoh
filtrasi adalah untuk membersihkan sirup dari kotoran yang ada pada gula.
Contoh alat filtrasi adalah filter press (Rahayu, 2009).
Pengendapan
merupakan metode pemisahan dua bahan cair yang tidak dapat bercampur, atau bahan cair dan bahan padat, dipisahkan dengan
membiarkan bahan ini sampai pada keadaan keseimbangan di bawah pengaruh gaya
gravitasi, bahan yang lebih berat akan jatuh terlebih dahulu daripada bahan
yang ringan. Selain itu terdapat pula ekstraksi, yang merupakan pemisahan zat
dengan larutan yang berdasarkan kepolaran dan massa jenisnya. Contohnya adalah
pemisahan senyawa organic dan pelarutan air dan minyak.
Sentrifugasi
adalah proses pemisahan komponen yang terdiri dari bahan cair yang tidak saling
melarutkan dengan memanfaatkan gaya sentrifugal. Prinsipnya adalah dengan
pemutaran objek secara horizontal pada jarak tertentu. Dengan metode ini proses
pengendapan atau pemisahan bahan dapat lebih cepat dan optimum dibanding teknik
biasa. Prinsip ini dapat optimum dengan memasukkan Rpm dan nilai konsentrasi
yang tepat dalam alat sentrifugasi. Pada industri, contoh penggunaan metode ini
adalah dalam proses pembuatan minyak kelapa. Santan yang merupakan campuran air
dan minyak dapat di disentrifugasi dengan kecepatan antara 3000-3500 rpm
sehingga terpisah fraksi kaya minyak (krim) dan fraksi miskin minyak (skim).
Lalu krim yang diasamkan disentrifugasi lagi untuk memisahkan minyak dan bagian
bagian bukan minyak.
Metode
pemisahan dengan kontak keseimbangan bahan adalah sublimasi. Sublimasi adalah
mentode pemisahn campuran dengan menguapkan zat padat tanpa melalui fasa cair
sehingga kotoran tak menyublim akan tertinggal. Evaporasi adalah penguapan
bahan pelarut untuk memperoleh zat terlarut (garam) dengan prinsip perbedaan
titik didih (garam titik didih lebih tinggi sehingga akan tertinggal). Kristalisasi adalah metode emisahan untuk
memperoleh zat padat yang terlarut dalam suatu larutan. Dasarnya adalah dengan
prinsip kelarutan bahan dalam peelarut dan perbedaan titik beku. Contohnya
adalah dalam pembuatan garam dapur dari air laut dan dalam proses pembuatan
Kristal gula pasir dari nira tebu (Rahayu, 2008).
Destilasi
merupakan merode pemisahan untuk
memperoleh bahan berwujud cair yang terkotori oleh zat padat lain atau bahan
yang memiliki titik didih berbeda. Bahan yang dipisahkan dapat dalam bentuk
larutan atau cair, tahan terhadap pemanasan, dan perbedaan titik didihnya tidak
terlalu dekat. Contoh metode ini adalah dalampenyulingan minyak bumi menjadi
fraksi-fraksi seperti bensin, avtur, dsb, dan juga dalam pembuatan minyak kayu
putih, pemurnian parfum dari ekstrak tanaman,
serta dalam pemurnian air minum juga destilasi air laut untuk memperoleh
air murni. Metode selanjutnya adalah dengan ekstraksi merupakan metode
pemisahan dengan melarutkan bahan campuran dengan pelarut yang sesuai. Dasarnya
adalah dengan prinsip kelarutan bahan dalam pelarut tertentu (Rahayu, 2008).
Adsorpsi
merupakan metode pemisahan untuk membersihkan suatu bahan pengotor dengan
penarikan bahan pengadsorpsi secara kuat sehingga menempel pada permukaan bahan
pengadsorpsi. Contoh penggunaan metode ini adalah pada proses pemurnian air
dari otoran renik atau mikroorganisme, dan juga dalam proses pemutihan gula
yang berwarna coklat karena kotoran. Metode lainnya adalah kromatografi, yang
merupakan metode pemisahan berdasrkan perbedaan kecepatan perambatan pelarut
pada suatu lapisan zat tertentu dengan prinsip daya absorbs oleh bahan penyerap
da volatilitas (daya penguapan). Contoh metode ini adalah kromatografi kertas
untuk memisahka tinta (Rahayu, 2008).
1.2 Rumusan Masalah
1.2.1 Apa saja klasifikasi proses pemisahan secara mekanik?
1.2.2 Apa yang dimaksud proses pemisahan secara
sedimentasi dan settling?
1.2.3 Bagaimana prinsip kerja alat pemisahan
sedimentasi dan settling?
1.2.4 Apa yang
dimaksud dengan proses pemisahan secara sentrifugal?
1.2.5 Bagaimana
prinsip kerja alat sentrifugal?
1.3 Tujuan Penulisan
1.3.1 Untuk mengetahui tentang
klasifikasi proses pemisahan secara mekanik.
1.3.2
Untuk mengetahui tentang pengertian proses pemisahan secara sedimentasi dan
settling.
1.3.3 Untuk mengettahui tentang
prinsip kerja alat pemisahan sedimentasi dan settling.
1.3.4 Untuk mengetahui tentang
pengertian proses pemisahan secara sentrifugal.
1.3.5 Untuk mengetahui tentang
prinsip kerja alat sentrifugal.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Klasifikasi proses pemisahan secara mekanik
Dalam Kimia
dan teknik kimia, proses pemisahan digunakan untuk mendapatkan dua atau lebih produk
yang lebih murni dari suatu campuran
senyawa kimia.
Sebagian besar senyawa kimia
ditemukan di alam dalam keadaan yang tidak murni. Biasanya, suatu senyawa kimia
berada dalam keadaan tercampur dengan senyawa lain. Untuk beberapa keperluan
seperti sintesis senyawa kimia yang memerlukan bahan baku senyawa kimia dalam
keadaan murni atau proses produksi suatu senyawa kimia dengan kemurnian tinggi,
proses pemisahan perlu dilakukan. Proses pemisahan sangat penting dalam bidang
teknik kimia. Suatu contoh pentingnya proses pemisahan adalah pada proses
pengolahan minyak bumi. Minyak bumi merupakan campuran
berbagai hidrokarbon. Pemanfaatan hidrokarbon-hidrokarbon
penyusun minyak bumi akan lebih berharga bila memiliki kemurnian yang tinggi.
Proses pemisahan minyak bumi menjadi komponen-komponennya akan menghasilkan
produk LPG, solar, avtur, pelumas, dan aspal.
Secara mendasar, proses pemisahan dapat diterangkan
sebagai proses perpindahan massa.
Proses pemisahan sendiri dapat diklasifikasikan menjadi proses pemisahan secara
mekanis atau kimiawi. Pemilihan jenis proses pemisahan yang digunakan
bergantung pada kondisi yang dihadapi. Pemisahan secara mekanis dilakukan
kapanpun memungkinkan karena biaya operasinya lebih murah dari pemisahan secara
kimiawi. Untuk campuran yang tidak dapat dipisahkan melalui proses pemisahan
mekanis (seperti pemisahan minyak bumi), proses pemisahan kimiawi harus
dilakukan.
Proses pemisahan suatu campuran dapat dilakukan
dengan berbagai metode. Metode pemisahan yang dipilih bergantung pada fase
komponen penyusun campuran. Suatu campuran dapat berupa campuran homogen (satu
fase) atau campuran heterogen (lebih dari satu fase). Suatu campuran heterogen
dapat mengandung dua atau lebih fase: padat-padat, padat-cair, padat-gas,
cair-cair, cair-gas, gas-gas, campuran padat-cair-gas, dan sebagainya. Pada
berbagai kasus, dua atau lebih proses pemisahan harus dikombinasikan untuk
mendapatkan hasil pemisahan yang diinginkan.
Penyaringan
adalah proses di mana partikel-partikel dipisahkan dari cairan dengan
melewatkan cairan melalui bahan yang permeable. Medium saringan yang berpori
adalah bahan permeable yang memisahkan partikel-pertikel dari cairan yang
melaluinya, dan dikenal sebagai penyaring.
Peralatan
penyaringan digolongkan berdasarkan tipe kekuatan penggerak (gravitasi,
tekanan, sentrifugal, atau vakum), dengan metode pengerjaan (batch atau
kontinu), dan hasil akhir yang diinginkan (filtrate dari zat padat cake).
Penyaringan tekanan diinginkan untuk menangani kuantitas bahan yang besar dalam
usaha mempercepat proses penyaringan.
Klasifikasi
proses pemisahan secara mekanik adalah sebagai berikut :
a. Proses pemisahan secara filtrasi.
b. Proses pemisahan secara sedimentasi
dan settling.
c. Proses pemisahan secara sentrifugal.
2.2 Proses pemisahan secara filtrasi
Filtrasi
(penyaringan) adalah cara pemisahan campuran berdasarkan perbedaan ukuran dari
partikel-partikel komponen campuran dengan menggunakan penyaring. Partikel yang
mempunyai ukuran lebih kecil akan lolos saringan dan partikel yang lebih besar
akan tertinggal pada saringan. Cara pemisahan dengan cara penyaringan ini dapat
dilakukan untuk memisahkan padatan yang mempunyai ukuran berbeda dan untuk
memisahkan padatan dengan cairan.
Pemilihan
ukuran penyaring disesuaikan dengan ukuran zat-zat yang akan dipisahkan.
Saringan untuk memisahkan pasir dan kerikil akan berbeda dengan saringan untuk
memisahkan santan dengan ampasnya.
Hal yang
paling utama dalam filtrasi adalah mengalirkan fluida melalui media berpori.
Filtrasi dapat terjadi karena adanya gaya dorong, misalnya ;
gravitasi, tekanan dan gaya sentrifugal. Fluida yang difiltrasi
dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin saja
cairan, padatan, atau keduanya. Seringkali umpan dimodifikasi melalui
beberapa pengolahan awal untuk meningkatkan laju filtrasi, misal dengan
pemanasan, kristalisasi, atau memasang peralatan tambahan pada penyaring
seperti selulosa atau tanah diatomae.
Contoh :
penyaringan kerikil dari pasir. Pemisahan zat-zat yang mempunyai perbedaan
kelarutan juga dapat dilakukan dengan penyaringan.Misalnya memisahkan garam
yang bercampur pasir, dimana garam mudah larut dalam air sedangkan pasir tidak
larut. Campuran tersebut dimasukkan dalam air, garam akan larut sedangkan pasir
tidak. Setelah disaring pasir akan tertinggal di kertas saring, dan air garam lolos
menembus kertas saring. Zat yang tertahan di kertas saring dinamakan residu dan
cairan yang dapat menembus kertas saring dinamakan filtrat.
Fluida
mengalir melalui media penyaring karena perbedaan tekanan yang melalui media
tersebut. Penyaring dapat beroperasi pada:
Ø Tekanan operasi
pada bagian atas media penyaring.
Ø Vakum pada
bagian bawah.
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-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.
Penyaring dibagi ke dalam tiga golongan utama, yaitu penyaring kue (cake), penyaring
penjernihan (clarifying), dan penyaring aliran silang (crossflow). Penyaring
kue memisahkan padatan dengan jumlah relatif besar sebagai suatu kue kristal
atau lumpur. Seringkali penyaring ini dilengkapi peralatan untuk membersihkan
kue dan untuk membersihkan cairan dari padatan sebelum dibuang. Penyaring
penjernihan membersihkan sejumlah kecil padatan dari suatu gas atau percikan
cairan jernih semisal minuman.Partikel padat terperangkap di dalam medium
penyaring atau di atas permukaan luarnya. Penyaring penjernihan berbeda dengan
saringan biasa, yaitu memiliki diameter pori medium penyaring lebih besar dari
partikel yang akan disingkirkan. Di dalam penyaring aliran silang, umpan
suspensi mengalir dengan tekanan tertentu di atas medium penyaring. Lapisan
tipis dari padatan dapat terbentuk di atas medium permukaan, tetapi kecepatan
cairan yang tinggi mencegah terbentuknya lapisan. Medium penyaring adalah
membran keramik, logam, atau polimer dengan pori yang cukup kecil untuk menahan
sebagian besar partikel tersuspensi. Sebagian cairan mengalir melalui medium
sebagai filtrat yang jernih, meninggalkan suspensi pekatnya. Pembahasan
selanjutnya, suatu penyaring ultra, unit aliran silang berisi membran dengan
pori yang sangat kecil, digunakan untuk memisahkan dan memekatkan partikel koloid dan molekul besar.
2.2.1 Faktor – faktor yang mempengaruhi Filtrasi
1. Debit filtrasi (dimana debit yang
terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien.)
2. Konsentrasi (konsentrasi sangat
memepengaruhi efisiensi dari filtrasi. Konsentrasi air yang sangat tinggi akan
menyebabkan tersumbatnya lubang pori dari media ata akan jadi clogging)
3. Temperature (adanya perubahan suhu
dari air yang akan di filtrasi,akan menyebabkan massa jenis , viscositas akan
mengalami perubahan. Selain itu juga akan memepengaruhi daya tarik menarik
dianatara partikel halus, sehingga terjaid perbedaan dalam ukuran besar
partikel yang akan disaring.
4. Kedalaman media,ukuran dan
material(pemilihan media dan ukuran merupakan keputusan penting dalam
perencanaan bangunan filter. Tebal tipisnya media akan menentukan lamanya
pengaliran dan daya saring. Media yang terlalu tebal biasanya mempunyai daya
saring yang sangat tinggi,tetapi membutuhkan waktu pengaliran yang lama)
5. Tinggi muka air di atas media dan
kehilangan tekanan (keadaan tinggi muka air di atas media berpengaruh terhadap
besarnya debit atau laju filtrasi dalam media. Tersedianya muka air yang cukup
tinggi di atas media akan meningkatkan daya tekan air untuk masuk ke dalam
pori. Dengan muka pori yang tinggi akan meningkatkan laju filtrasi).
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).
2.2.2 GRAVITY FILTER
Penyaring
gravitasi umum dalam pengolahan air, di mana suatu penyaring pasir digunakan
untuk menjernihkan air sebelum deionisasi dan destilasi. Medium penyaring dapat
terdiri atas lapisan pasir atau cake bed, atau untuk tujuan-tujuan khusus,
suatu komposisi yang mengandung asbes, serat-serat selulosa, arang aktif, tanah
diatome, atau pembantu penyaring lain. Pemurnian air dalam skala kecil dapat
menggunakan keramik berpori sebagai suatu medium penyaring dalam bentuk
“lilin-lilin” berlubang.Cairan masuk dari sisi luar melalui keramik berpori ke
dalam bagian lilin yang berlubang (kosong). Filter ini tersusun atas
tangki-tangki yang bagian bawahnya berlubang-lubang dan diisi dengan
pasir-pasir berpori dimana fluida mengalir secara laminar. Filter ini digunakan
untuk proses fluida dengan kuantitas yang besar dan 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.
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.
Dengan
melihat persyaratan ruang, metode yang efisiensi dapat disediakan.Gravitasi
nutzch adalah suatu tangki berdasarkan palsu atau bejana media
penyaring.Porselen nutzch dapat digunakan untuk mengumpulkan kristal-kristal
steril atau pengerjaan-pengerjaan di mana bubur tidak dapat bercampur dengan
logam-logam.Gravitasi nutzch bukanlah penyaring gravitasi sebenarnya, karena
sering kali dioprasikan (dijalankan) di bawah tekana atau vakum.
G1.
Penyaring Gravitasi
2.2.3 Penyaring Vakum
Filtrasi vakum adalah teknik untuk
memisahkan produk yang solid dari campuran reaksi pelarut atau cair. Campuran
padat dan cair dituangkan melalui kertas filter dalam corong Buchner. Padat
yang terperangkap oleh filter dan cairan tersebut ditarik melalui corong ke
dalam labu di bawah ini, dengan ruang hampa.
Proses pemisahan dengan teknik ini
sangat tepat dilakukan, jika jumlah partikel padatnya lebih besar dibandingkan
dengan cairannya. Penyaring vakum dipakai untuk suatu ukuran besar, jarang
digunakan untuk pengumpulan endapan-endapan Kristal atau penyaring
steril.Penyaring vakum kontinu dapat menangani beban kotoran yang tinggi dan
pada suatu basis volume, dalam hal biaya cairan yang disaring per galon murah.
Dalam mengerjakan system penyaring drum kontinu, vakum dipakai untuk drum
(tong) tersebut, dan cairan mengalir melalui lajur kontinu. Zat padat
dikumpulkan pada akhir lajur tersebut. Perhatikan Gambar 2, pada halaman
berikut.
Gambar 2. Pemisahan dengan cara
meningkatkan tekanan
2.2.4 Penyaring Tekanan
Tekanan penyaring kerangka dan penyaring lempeng merupakan
yang paling sederhana dari semua penyaring tekanan, dan paling banyak
digunakan. Filter ini terdiri dari seperangkat lempengan yang dirancang untuk
member sederetan kompartemen untuk pengumpulan zat padat. Lempengan
tersebut ditutup dengan medium filter seperti kanvas. Slurry umpan masuk
ke dalam masing-masing lempengan dan medium filternya
dengan tekanan, cairannya lewat melalui kanvas dan
keluar melalui pipa keluaran dan meninggalkan zat padat basah
di antara lempengan tersebut. Lempengan press yang
digunakan ada yang berbentuk bujur sangkar atau
lingkaran, ada yang terletak vertikal dan horisontal.
Tetapi umumnya lempengan untuk zat padat itu dirancang dengan
membuat tekukan pada permukaan lempeng, atau dalam
bentuk plate-and-frame.
Pada desain plate and fram ini,
lempengan berbentuk bujur sangkar dengan panjang sisi
6-28 in dan disusun silih berganti dengan bingkai
terbuka. Lempengan tersebut tebalnya berkisar 0,25
sampai 2 in, sedangkan bingkainya setebal 0,25 sampai 8
inci. Lempengan dan bingkai itu didudukkan secara vertikal pada rak logam
dengan medium filter dipasang menutupi setiap
bingkai dan dirapatkan dengan bantuan sekrup dan
rem hidraulik. Bubur umpan masuk pada satu ujung rakitan lempeng
dan bingkai tersebut. Slurry mengalir melalui
saluran yang terpasang memanjang pada salah satu
sudut rakitan dari sudut tersebut melalui saluran tambahan mengalir
ke dalam masing-masing bingkai. Di sini zat padat itu
diendapkan di atas permukaan pelat. Cairan mengalir menembus
kain filter, melalui alur atau gelombang pada
permukaan lempeng, sampai keluar press filter tersebut.
Sesudah filter tersebut dirakit, slurry dimasukkan dari
pompa atau tangki pendorong pada tekanan 3 sampai 10 atm. Filtrasi lalu diteruskan
sampai tidak ada lagi zat cair yang keluar dan tekanan
filtrasi naik secara signifikan. Hal ini terjadi
bila bingkai sudah penuh dengan zat padat sehinggga slury tidak
dapat masuk lagi. Filter itu disebut jammed. Setelah itu,
cairan pencuci dapat dialirkan untuk membersihkan zat padat dari
bahan-bahan pengotor yang dapat larut.Cake tersebut kemudian ditutup dengan
uap atau udara untuk membuang sisa zat cair tersebut
sebanyak-banyaknya. Filter itu lalu dibongkar, cake padatnya dikeluarkan
dari medium filter sehingga jatuh ke konveyor
menuju tempat penyimpanan. Pada kebanyakan press filter, operasi
tersebut berlangsung secara otomatis. Sampai cake bersih,
proses pencucian memakan waktu beberapa jam karena cairan
pencuci cenderung mengikuti jalur termudah dan melangkahi
bagian-bagian cake yang terjejal rapat. Jika cake tidak
terlalu rapat, sebagian besar cairan pencuci tidak efektif membersihkan cake.
Jika diinginkan pencucian sampai benar-benar bersih, biasanya dibuat sluury lagi
dengan cake yang belum tercuci sempurna.
Pencucian lebih lanjut dapat menggunakan zat cair pencuci dalam
kuantitas besar dan menyaringnya kembali dengan shell-and-leaf
filter sehingga memungkinkan pencucian
yang lebih efektif dari pada plate and frame filter.
G
3. Press Penyaring Kerangka dan Lempengan
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 suspense 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
cloth terletak di setiap sisi frame. Tekanan diberikan terhadap
slurry agar melewati filter cloth untuk dapat masuk ke dalam plate
and frame filter kemudian keluar melalui lubang plate sebagai
filtrat. Padatan akan terakumulasi 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, yang merupakan :
ts= tf
+ t w + tp
dengan:
ts = waktu siklus
tf = waktu filtrasi sesungguhnya
tw = waktu pencucian
tp = waktu bongkar pasang
Pencucian/Washing
Optimasi jumlah air pencuci yang
digunakan ke dalam slurry ditambahkan zat warna yang mempunyai sifat
tidak berikatan secara permanen/kuat dengan padatannya, 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.
ROTARY DISK VACUM FILTER
Rotary disk vacum filter ini digunakan operasi dalam skala
besar serta proses kontinu. 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.
Prinsip kerja
Slurry yang akan disaring menempati suatu
tempat (basin). Leaf dicelupkan ke slurry dan mengumpulkan cake-nya
pada premukaan leaf (filtrat tidak).Filtrat keluar melalui saluran keluar
utama.Cake dibawa sampai ke bagian atas. Beberapa jenis lainnya:
1. Horizontal rotary vacuum filter
2. Horizontal leaf filter
3. Vertical leaf filter
Hal yang paling utama dalam filtrasi
adalah mengalirkan fluida melalui media berpori. Filtrasi dapat terjadi karena
adanya gaya dorong, misalnya ; gravitasi, tekanan dan gaya sentrifugal. Pada
beberapa proses media filter membantu balok berpori (cake) untuk menahan
partikel-partikel padatan di dalam suspensi sehingga terbentuk lapisan berturut
turut pada balok sebagai filtrat yang melewati balok dan media tersebut.
Filtrasi biasa dilakukan pada skala
laboratorium sampai slaka pilot plant/industri baik dengan cara batch maupun kontinyu.
a) Filtrasi Skala
Laboratorium.
Filtrasi digunakan untuk memisahkan campuran
heterogen zat padat yang tidak larut dalam cairan.Penyaringan menggunakan
corong gelas dan kertas saring dan hasil saringan disebut filtrat.
Gambar 4. Filtrasi skala laboratorium
b) Filtrasi Skala Industri
Sebelum 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.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 dilakukan dengan gaya gravitasi pada cairan dalam suatu
kolom, dengan menggunakan pompa atau blower,atau dengan gaya sentrifugal. Dalam
suatu penyaring gravitasi media penyaring bias jadi tidak lebih baik daripada
saringan (screen) kasar atau dengan menggunakan 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 terus-menerus (steady) atau hanya
sebagian.Sebagian besar siklus operasi dari penyaring diskontinyu, aliran
fluida melalui peralatan secara kontinyu, tetapi harus dihentikan secara
periodik untuk membuang padatan yang terakumulasi.Dalam saringan kontinyu
buangan padat atau fluida tidak dihentikan selama peralatan beroperasi. Gambar
5.
Macam- macam filter antara lain:
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 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.
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.
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. Baik keluaran melalui saluran atau melalui keran atau klep dan pelat
dilubangi atau dibuat dengan filtrat, memasuki keluaran melalui sisi pelat.
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.
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 “trhough 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.
Semuam
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.
Gambar 7.
Filter Plat
c. Batch Leaf Filter
Filter daun mirip dengan filter
pelat dan bingkai, di bagian dalamnya cake disimpan pada setiap sisi daun dan
filtrat mengalir keluar melalui saluran dari saringan pembuangan air yang kasar
pada daun di antara cake, daun-daun tersebut dibenamkan ke dalam suspensi.
Filter daun tetap (tipe Sweetland),
Filter daun berotasi (tipe Vallez) dimana cake lebih seragam, Filter Kelly
dalam posisi terbuka. Filter tertutup dan kran masukan terbuka sehingga
suspensi dapat masuk ke selongsong dengan udara yang dipindahkan dari ventilasi
ke selongsong atas bagian belakang. Ventilasi dapat tertutup atau dibiarkan
terbuka setelah selongsong penuh. Jika kran dibiarkan terbuka, maka kran akan
membatasi aliran berlebih dan akan mengembalikan umpan yang berlebih ke tangki
pengumpan sehingga dapat memberikan sirkulasi yang lebih baik antara filter
daun dan untuk menjaga partikel-partikel besar dari pengendapan filtrasi
dilanjutkan sampai ketebalan yang diinginkan tercapai atau filtrasi rata-rata
turun secara tajam.
Umpan didiamkan sebentar, saluran
keluaran terbuka kemudian slurry dialirkan.Tekanan udara rendah dialirkan ke
dalam tangki untuk menambahkan solution berlebih. Adanya perbedaan tekanan akan
membantu menjaga cake di dalam melawan filter kain. Setelah filter kosong,
tutup dapat dibersihkan atau dialiri udara berlebih untuk mengeringkan cake
lebih dulu. Untuk kelebihan fluida pencuci dikeringkan pada akhir pencucian
dengan cara sama seperti pada kelebihan slurry dan cake dialiri dengan udara.
Tutup dibuka dan cake dibuang bertekanan udara.
Contoh : pembuatan Mg dari air laut.
d. Filter Press
Suatu mesin pres
bersaringan berisi satu set plat yang
didesain untuk menyediakan serangkaian ruang atau
kompartemen yang didalamnya padatan dikumpulkan.
Plat-plat tersebut dilingkupi medium penyaring
seperti kanvas. Lumpur dapat mencapai tiap-tiap kompartemen dengan
tekanan tertentu : cairan melalui kanvas dan keluar
ke pipa pembuangan, meninggalkan padatan
dibelakangnya. Plat dari suatu mesin pres
bersaringan dapat berbentuk persegi atau lingkaran, vertikal
atau horizontal. Kebanyakan kompartemen padatan
dibentuk dengan cetakan plat berbahan
polipropelina. Dalam desain lain, kompertemen
tersebut dibentuk di dalam cetakan plat
berbingkai (plate-and-frame press), yang didalamnya
terdapat plat persegi panjang yang pada satu sisi dapat diubah-ubah. Pengoperasiannya
sebagai berikut :
1. Plat dan bingkai
dipasang pada posisi vertikal dalam rak
logam, dengan kain melingkupi permukaan setiap plat,dan ditekan dengan keras
bersama dengan memutar skrup hidrolik.
2. Lumpur memasuki suatu sisi akhir
dari rangkaian plat dan bingkai.
3. Lumpur mengalir
sepanjang jalur pada satu sudut rangkaian
tersebut.
4. Jalur tambahan
mengalirkan lumpur dan jalur utama ke dalam
setiap bingkai.
5. Padatan akan
terendapkan di atas kain yang menutupi
permukaan plat.
6. Cairan menembus
kain, menuruni jalur pada permukaan plat
(corrugation), dan keluar dari mesin press.
7. Setelah merangkai mesin press,
lumpur dimasukkan dengan pompa atau tangki bertekanan pada tekanan 3 s.d. 10
atm.
Gambar 8. Filter Press
Perawatan filtrasi harus dirawat
secara kontinu agar umur pakai peralatan menjadi lebih panjang. Langkah-langkah
perawatan sebagai berikut :
- Media penyaring dibersihkan dengan diblower menggunakan udara sehingga partikel-partikel yang ada di pori-pori penyaring tidak menempel lagi.
- Kantong penyaring untuk pembersih gas juga dibersihkan adri media padatan atau partikel.
- Penyaring bercangkang dan berdaun juga dibersihkan dari debu dan karat sehingga media penyaringan tersebut akan bekerja secara optimum.
2.3 Proses Pemisahan Secara
Sedimentasi dan Settling.
Sedimentasi adalah salah satu
operasi pemisahan campuran padatan dan cairan (slurry) menjadi cairan
beningan dan sludge (slurry yang lebih pekat konsentrasinya),
Pemisahan dapat berlangsung karena
adanya gaya gravitasi yang terjadi pada butiran tersebut. Proses sedimentasi
dalam industri kimia banyak digunakan ,misalnya pada proses pembuatan kertas
dimana slurry berupa bubur selulose yang akan dipisahkan menjadi pulp
dan air, proses penjernihan air (water treatment),dan proeses pemisahan
buangan nira yang akan diolah menjadi gula.
Proses sedimentasi dalam dunia
industri dilakukan secara sinambung dengan menggunakan alat yang dikenal dengan
nama thickener,sedangkan untuk skala laboratorium dilakukan secara batch.
Data-data yang diperoleh dari prinsip sedimentasi secara batch dapat
digunakan untuk proses yang sinambung.
Di industri aplikasi sedimentasi
banyak digunakan, antara lain :
1. Pada unit pemisahan , misalnya untuk
mengambik senyawa magnesium dari air laut
2. Untuk memisahkan bahan buangan dari
bahan yang akan diolah, misalnya pada pabrik gula
3. Pengolahan air sungan menjadi boiler
feed water.
4. Proses pemisahan padatan berdasarkan
ukurannya dalam clarifier dengan prinsip perbedaan terminal velocity
Sedimentasi adalah suatu proses
pemisahan suspensi secara mekanik menjadi dua bagian, yaitu slurry dan
supernatant. Slurry adalah bagian dengan konsentrasi partikel terbesar,
dan supernatant adalah bagian cairan yang bening. Proses ini
memanfaatkan gaya gravitasi, yaitu dengan mendiamkan suspensi hingga terbentuk
endapan yang terpisah dari beningan (Foust, 1980).
Proses sedimentasi dapat dilakukan
dengan tiga macam cara, yaitu :
1. Cara Batch
Cara ini cocok dilakukan untuk skala
laboratorium, karena sedimentasi batch paling mudah dilakukan,
pengamatan penurunan ketinggian mudah. Mekanisme sedimentasi batch pada
suatu silinder / tabung bisa dilihat pada gambar berikut :
Gambar 9 . Mekanisme Sedimentasi Batch
Keterangan :
A = cairan bening
B = zona konsentrasi seragam
C = zona ukuran butir tidak seragam
D = zona partikel padat terendapkan
Gambar di atas menunjukkan slurry
awal yang memiliki konsentrasi seragam dengan partikel padatan yang seragam
di dalam tabung (zona B). Partikel mulai mengendap dan diasumsikan mencapai
kecepatan maksimum dengan cepat. Zona D yang terbentuk terdiri dari partikel
lebih berat sehingga lebih cepat mengendap. Pada zona transisi, fluida mengalir
ke atas karena tekanan dari zona D. Zona C adalah daerah dengan distribusi
ukuran yang berbeda-beda dan konsentrasi tidak seragam. Zona B adalah daerah
konsentrasi seragam, dengan komsentrasi dan distribusi sama dengan keadaan
awal. Di atas zona B, adalah zona A yang merupakan cairan bening. Selama
sedimentasi berlangsung, tinggi masing-masing zona berubah (gambar 9 b, c, d).
Zona A dan D bertambah, sedang zona B berkurang. Akhirnya zona B, C dan
transisi hilang, semua padatan berada di zona D. Saat ini disebut critical
settling point, yaitu saat terbentuknya batas tunggal antara cairan bening
dan endapan (Foust, 1980).
2. Cara Semi-Batch
Pada sedimentasi semi-batch ,
hanya ada cairan keluar saja, atau cairan masuk saja. Jadi, kemungkinan yang
ada bisa berupa slurry yang masuk atau beningan yang keluar. Mekanisme
sedimentasi semi-batch bisa dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2. Mekanisme Sedimentasi Semi-Batch
Keterangan :
A = cairan bening
B = zona konsentrasi seragam
C = zona ukuran butir tidak seragam
D = zona partikel padat terendapkan
3. Cara Kontinyu
Pada cara ini, ada cairan slurry
yang masuk dan beningan yang dikeluarkan secara kontinyu. Saat steady state,
ketinggian tiap zona akan konstan. Mekanisme sedimentasi kontinyu bisa dilihat
pada gambar berikut :
Gambar 3. Mekanisme Sedimentasi Kontinyu
Keterangan :
A = cairan bening
B = zona konsentrasi seragam
C = zona ukuran butir tidak seragam
D = zona partikel padat terendapkan
Kecepatan sedimentasi didefinisikan
sebagai laju pengurangan atau penurunan ketinggian daerah batas antara slurry
(endapan) dan supernatant (beningan) pada suhu seragam untuk mencegah
pergeseran fluida karena konveksi (Brown, 1950).
Pada keadaan awal, konsentrasi slurry
seragam di seluruh bagian tabung. Kecepatan sedimentasi konstan, terlihat pada
grafik hubungan antara ZL dan θL membentuk garis lurus
untuk periode awal (dZ/dt=V=konstan ). Periode ini disebut free settling,
dimana padatan bergerak turun hanya karena gaya gravitasi. Kecepatan yang
konstan ini disebabkan oleh konsentrasi di lapisan batas yang relatif masih
kecil, sehingga pengaruh gaya tarik-menarik antar partikel, gaya gesek dan gaya
tumbukan antar partikel dapat diabaikan. Partikel yang berukuran besar akan
turun lebih cepat, menyebabkan tekanan ke atas oleh cairan bertambah, sehingga
mengurangi kecepatan turunnya padatan yang lebih besar. Hal ini membuat
kecepatan penurunan semua partikel (baik yang kecil maupun yang besar) relatif
sama atau konstan.
Semakin banyak partikel yang
mengendap, konsentrasi menjadi tidak seragam dengan bagian bawah slurry
menjadi lebih pekat. Konsentrasi pada bagian batas bertambah, gerak partikel
semakin sukar dan kecepatan turunnya partikel berkurang. Kondisi ini disebut hindered
settling.
Kondisi free settling dan hindered
settling dapat diamati pada grafik hubungan antara ZL dan θL.
Dimana untuk kondisi free settling ditunjukkan saat grafik masih
berupa garis lurus, sedangkan saat grafik mulai melengkung merupakan kondisi hindered
settling.
Berdasarkan konsentrasi dan
kecenderungan partikel berinteraksi, proses sedimentasi terbagi atas tiga
macam:
1. Sedimentasi TIpe I/Plain
Settling/Discrete particle
Merupakan
pengendapan partikel tanpa menggunakan koagulan. Tujuan dari unit ini adalah
menurunkan kekeruhan air baku dan digunakan pada grit chamber. Dalam
perhitungan dimensi efektif bak, faktor-faktor yang mempengaruhi performance
bak seperti turbulensi pada inlet dan outlet, pusaran arus lokal,
pengumpulan lumpur, besar nilai G sehubungan dengan penggunaan perlengkapan
penyisihan lumpur dan faktor lain diabaikan untuk menghitung performance
bak yang lebih sering disebut dengan ideal settling basin.
2. Sedimentasi Tipe II (Flocculant
Settling)
Pengendapan
material koloid dan solid tersuspensi terjadi melalui adanya penambahan
koagulan, biasanya digunakan untuk mengendapkan flok-flok kimia setelah proses
koagulasi dan flokulasi.
Pengendapan
partikel flokulen akan lebih efisien pada ketinggian bak yang relatif kecil.
Karena tidak memungkinkan untuk membuat bak yang luas dengan ketinggian
minimum, atau membagi ketinggian bak menjadi beberapa kompartemen, maka
alternatif terbaik untuk meningkatkan efisiensi pengendapan bak adalah dengan
memasang tube settler pada bagian atas bak pengendapan untuk menahan
flok–flok yang terbentuk.
3. Hindered Settling
(Zone Settling)
Merupakan pengendapan dengan
konsentrasi koloid dan partikel tersuspensi adalah sedang, di mana partikel
saling berdekatan sehingga gaya antar pertikel menghalangi pengendapan
paertikel-paertikel di sebelahnya. Partikel berada pada posisi yang
relatif tetap satu sama lain dan semuanya mengendap pada suatu
kecepatan yang konstan. Hal ini mengakibatkan massa pertikel mengendap sebagai
suatu zona, dan menimbulkan suatu permukaan kontak antara solid dan liquid.
Jenis sedimentasi yang umum
digunakan pada pengolahan air bersih adalah sedimentasi tipe satu dan dua, sedangkan
jenis ketiga lebih umum digunakan pada pengolahan air buangan.
Aplikasi
utama dari sedimentasi pada instalasi pengolahan air minum adalah :
1. Pengendapan awal dari air permukaan
sebelum pengolahan menggunakan saringan pasir cepat.
2. Pengendapan air yang telah melalui
proses koagulasi dan flokulasi sebelum memasuki unit saringan pasir cepat.
3. Pengendapan air yang telah melalui
proses koagulasi dan flokulasi pada instalasi yang menggunakan sistem pelunakan
air oleh kapur-soda.
4. Pengendapan air pada instalasi
pemisahan besi dan mangan.
Sedimentasi adalah suatu proses yang bertujuan
memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non-koloidal dalam air.
Pengendapan dapat dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Cara yang
sederhana adalah dengan membiarkan padatan mengendap dengan sendirinya. Setelah
partikel-partikel mengendap, maka air yang jernih dapat dipisahkan dari padatan
yang semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat adalah dengan
melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatannya
terpisah dari aliran air dan jatuh ke dalam bak pengendap tersebut. Kecepatan
pengendapan partikel-partikel yang terdapat di dalam air bergantung kepada
berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran
dalam bak pengendap.
Pada umumnya proses Sedimentasi dilakukan setelah proses
Koagulasi dan Flokulasi dimana tujuannya adalah untuk memperbesar partikel
padatan sehingga menjadi lebih berat dan dapat tenggelam dalam waktu lebih
singkat. Setelah melewati proses destabilisasi partikel koloid melalui unit
koagulasi dan unit flokulasi, selanjutnya perjalanan air akan masuk ke dalam
unit sedimentasi. Unit ini berfungsi untuk mengendapkan partikel-partikel
koloid yang sudah didestabilisasi oleh unit sebelumnya. Unit ini menggunakan
prinsip berat jenis. Berat jenis partikel koloid (biasanya berupa lumpur) akan
lebih besar daripada berat jenis air. Dalam bak sedimentasi, akan terpisah
antara air dan lumpur. Gabungan unit koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi
disebut unit aselator.
Alat sedimentasi terdiri atas dua jenis, yaitu jenis bak
pengendap segi empat (rectangular) seperti terlihat pada Gambar 3, dan
jenis lingkaran (circular) seperti terlihat pada Gambar 4. Jenis segi
empat biasanya digunakan untuk laju alir air yang besar, karena pengendaliannya
dapat dilakukan dengan mudah, sedangkan keuntungan alat sedimentasi jenis
lingkaran yaitu memiliki mekanisme pemisahan lumpur yang sederhana.
Bak sedimentasi berfungsi untuk mengendapkan flok-flok yang
dibentuk pada proses koagulasi dan flokulasi. Agar pengendapan yang terjadi
pada bak sedimentasi berjalan dengan baik, terdapat beberapa persyaratan yang
harus dipenuhi menyangkut karakteristik aliran dalam bak sedimentasi yang akan
dibangun. Untuk mencapai pengendapan yang baik, bentuk bak sedimentasi harus
dibuat sedemikian rupa sehingga karakteristik aliran di dalam bak tersebut
memiliki aliran yang laminar dan tidak mengalami aliran mati (short-circuiting).
Bak sedimentasi pada umumnya terbuat dari konstruksi beton
bertulang dengan bentuk bulat maupun persegi panjang. Terdapat tiga konfigurasi
utama untuk bak sedimentasi, yaitu :
- Bak persegi panjang dengan aliran horizontal
- Bak sedimentasi dengan aliran vertikal
- Clarifier dengan aliran vertikal
Operasional dan Pemeliharaan
- Pengontrolan kondisi pengendapan flok pada tangki dilakukan dengan frekuensi 4 kali sehari. Proses pembentukan flok yang tidak sempurna pada proses koagulasi dan flokulasi mengakibatkan banyaknya flok kecil yang terbawa ke bak penyaring sehingga meningkatkan beban penyaring;
- Pengontrolan kualitas clarified water untuk memeriksa efisiensi bak pengendapan. Efisiensi pengendapan yang jelek mengakibatkan meningkatnya beban pengolahan pada unit filtrasi;
- Penyisihan schum, sludge yang mengapung dan pertumbuhan algae pada dinding tangki, baffle, dan lounders terutama pada musim panas;
- Pengontrolan beban permukaan dan flow rate melalui observasi visual dengan melihat ketinggian air pada weir pelimpah, bila debit air yang diolah terlalu besar maka muka air akan melebihi ketinggian weir loading;
- Pengurasan lumpur yang dilakukan pada clarified water secara otomatis dan manual menurut ketebalan lumpur yang dilakukan dengan menggunakan pompa penguras.
2.4 Proses pemisahan secara
sentrifugal
Sentrifugasi adalah pemisahan dengan
menggunakan gaya putaran atau gaya sentrifugal. Partikel dipisahkan dari liquid
dengan adanya gaya sentrifugal pada berbagai variasi ukuran dan densitas
campuran larutan.
Peralatan sentrifugasi terdiri dari :
a. Pengendapan sentrifugal/centrifugal settling
·
Tubular
: pemisahan liquid-liquid emulsion
·
Disk
bowl : pemisahan liquid-liquid
b. Filtrasi sentrifugal
Gaya sentrifugal digunakan untuk mendapatkan perbedaan tekanan
sehingga slurry dalam filter akan mengalir ke penyaring. Pada operasi
sentrifugasi dengan cara pengendapan, kecepatan pengendapan dipengaruhi oleh :
kecepatan sudut (ω) disamping faktor-faktor lain seperti pada perhitungan
kecepatan sedimentasi. laju alir volumetrik umpan dipengaruhi oleh kecepatan
sudut (ω), diameter partikel (Dp), densiti partikel dan cairan, viskositas dan
diameter tabung centrifuge.
Pemisahan padatan dari air dengan menggunakan pengendapan
sentrifuga prinsipnya sama dengan proses pengendapan secara gravitasi, bedanya
pengendapan ini menghasilkan gaya dorong yang lebih besar yang disebabkan oleh
putaran air. Dengan memutar air, kecepatan pengendapan dapat meningkat jika
dibandingkan dengan pengendapan secara gravitasi pada umumnya. Pengendapan
sentrifuga sudah banyak digunakan untuk pemisahan partikel dan cairan atau air
dalam proses pengolahan mineral seperti pada proses pengeringan materi
dengan ukuran partikel yang berbeda, penyisihan partikel yang sangat kecil
dalam pencucian, atau dalam menyisihkan kontaminan yang terlarut dalam larutan.
Namun, penggunaan pengendapan sentrifuga untuk penyisihan
partikel atau senyawa lain di dalam proses pengolahan air masih jarang
dilakukan dikarenakan tingginya biaya operasional yang dibutuhkan. Maka dari
itu, pengembangan pengendapan dengan memanfaatkan gaya senrifuga diarahkan pada
pengendapan dengan memanfaatkan aliran air melalui dinding pengendap seperti
prinsip kerja hydrocyclone.
Gambar 6. Penyaring Sentrifugal
Cara pemisahan ini berdasarkan adanya gaya sentrifugal yang
diberikan pada partikel – partikel yang melayang sehingga partikel tersebut
dapat dipaksa untuk bergerak ke dasar bejana dan mengendap, sehingga terjadi
English: Tabletop centrifuge. (Photo credit: Wikipedia)
pemisahan antara partikel padat dan pelarutnya. Selanjutnya
pada campuran yang telah memisah tersebut dapat dipisahkan lebih lanjut dengan
cara dekantasi atau memipet cairan yang berada diatas padatannya lalu
ipindahkan ke tempat lain. Cara ini sangat cocok untuk untuk memisahkan
campuran yang ukuran partikeln ya sangat kecil dan masa jenis partikelnya juga
sangat kecil sehingga partikelnya melayang dalam cairannya, misalnya koloid.
Gaya sentrifugal diperoleh dengan cara memutar campuran yang akan dipisahkan dengan
suatu alat khusus yang disebut centrifuge. Seperti pada Gambar disamping.
Persamaan untuk centrifuge ialah yang terlihat seperti
dibawah. RCF( Celative Centrifugal Force) ialah ukuran kekuatan dari gaya
sentrifugalnya setelah mempertimbangkan faktor lain seperti kecepatan angular,
Radius rotasi dan gravitasinya.
RCF = (rw2)/g
r : Radius rotasi
w : Kecepatan angular
g : Gravitasi
Ada 2 jenis alat Centrifuge, Centrifuge biasa yang mempunyai
kecepatan putar rendah antara 0 – 3000rpm, alat ini biasa digunakan untuk
memisahkan campuran yang ukurann partikelnya relatif besar. Ultra Centrifuge
mempunyai kemampuan putar tinggi dari 0 – 20.000 rpm, bahkan ada yang dapat
mencapai 120.000 rpm. Centrifuge jenis ini banyak digunakan untuk keperluan
biokimia misalnya memisahkan plasma dan serum pada darah.
Fungsi sentrifugasi adalah mempercepat proses pengendapan
suspensi dengan memberikan gaya sentrifugasi pada partikel-partikelnya.
Contoh : Proses
pemisahan minyak dengan air dalam santan. Kecepatan sentrifugasi diatur pada 3000-3500 rpm, maka
terjadi pemisahan dan terdapat dua bagian yaitu fraksi kaya minyak (krim) dan
fraksi miskin minyak (skim). Selanjutnya krim diasamkan, kemudian diberi perlakuan
sentrifugasi sekali lagi untuk memisahkan minyak dari bagian bukan minyak.
Prinsip
pemisahan ;
Pemisahan
sentrifugal menggunakan prinsip dimana objek diputar secara horizontal pada
jarak tertentu dengan alat tertentu Apabila objek berotasi di dalam tabung atau
silinder yang berisi campuran cairan
dan partikel, maka campuran tersebut dapat bergerak menuju pusat rotasi, namun
hal tersebut tidak terjadi karena adanya gaya yang berlawanan yang menuju
kearah dinding luar silinder atau tabung, gaya tersebut adalah gaya
sentrifugal. Gaya inilah yang menyebabkan partikel-partikel menuju dinding
tabung dan terakumulasi membentuk endapan. Selanjutnya, cairan dapat dipisahkan
dengan dekantasi (dituang atau dipipet
hati-hati).
SIZE REDUCTION
Pengecilan ukuran dapat dilakukan pada
bahan pangan dengan cara tradisional maupun dengan menggunakan alat (mesin),
hasil dari pengecilan ukuran tersebut akan bergantung dari karakteristik dari
bahan pangan yang direduksi. Pemilihan alat dan bahan yang sesuai akan berpengaruh
terhadap hasil pengecilan.
Pengecilan ukuran dapat dilakukan secara
basah dan kering, keuntungan dari pengecilan ukuran basah adalah bahan yang
dihasilkan lembut dan berlangsung pada suhu yang tidak tinggi dan sedikit
kemungkinan terjadi oksidasi atau ledakan.
Metode pengecilan ukuran di atas akan dipengaruhi
oleh alat yang digunakan, setiap alat size reductor akan menghasilkan partikel
dan bentuk yang berbeda. Salah satu indikator dari perbedaan bentuk partikel
adalah ukuran diameter dari masing-masing produk yang reduksi, cara
mennganalisis ukuran diameter bahan yang direduksi dapat diketahui dengan
analisis ayakan.
Klasifikasi peralatan size reduction :
a) Crusher
b) Grinder
c) Milling (penggilingan)
BAB
III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Pemisahan bahan merupakan metode umum dan penting dala suatu
industri pertanian. Pemisahan ini digunakan untuk memperoleh bahan dengan
bentuk, ukuran, atau fraksi tertentu yang diinginkan. Metode pemisahan secara
umum dibagi menjadi dua yaitu pemisahan mekanis dan pemisahan bahan dengan
kontak keseimbangan bahan. Pemisahan denga cara mekanis meliputi pengendapan,
filtrasi, dan ekstraksi. Sedangkan pemisahan dengankontak keseimbangan bahan
meliputi penguapan, koagulasi, distilasi, adsorbs, kristalisasi, dan
sentrifugasi. Setiap metode tersebut memiliki spesifikasi untuk meisahkan bahan
tertentu. Vibrating screen merupakan alat untuk memisahkan bahan padat
berdasarkan ukurannya dengan suatu screen, yang satuannya mesh. Settlin tank
merupakan alat yang digunakan untuk mengendapkan bahan seperti pati, penanganan
limbah, dll. Metode pemisahan fluoda cair dapatmenggunakan destilasi, contohnya
adalah dalam fraksinisasi minyak bumi.
3.2
Saran
Pemisahan bahan merupakan metode yang penting dala industri
untuk memperoleh bahan dengan ukuran, atau fraksi yang diinginkan. Oleh karena itu, diperlukan pemahaman
mengenai pemisahan ukuran dan juga prinsip-prinsip pemisahan bahan, beserta
alat-alat terkait pemisahan bahan.
DAFTAR PUSTAKA
Idrial. 1987. Peralatan
Pengolah Hasil Pertanian. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB.
Rahayu,
Didah. 2008. Pemisahan Campuran. http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2008 [25 April 2012] Rahayu,
Wiraatmadja, Sutedja. 1981. Peralatan Industri. Fakultas Teknologi PertanIan, Institut
Pertanian Bogor.
