perlakuan mekanik

Upload: andreas-apriadi

Post on 31-Oct-2015

563 views

Category:

Documents


14 download

DESCRIPTION

Modul

TRANSCRIPT

  • Tujuan Pembelajaran Umum

    Mahasiswa mampu memahami prinsip-prinsip kerja, perhitungan operasi teknik kimia,

    tujuan dan manfaat satuan operasi secara mekanik

    Tujuan Pembelajaran Khusus

    Mahasiswa dapat memahami prinsip-prinsip kerja, perhitungan operasi teknik kimia,

    tujuan dan manfaat satuan operasi secara mekanik

    1.1 Perlakuan Mekanik

    Dalam Teknik Kimia dan bidang-bidang terkait, unit operasi adalah suatu tahapan

    dasar dalam suatu proses. Suatu proses dapat terdiri dari banyak unit operasi untuk

    mendapatkan produk yang diinginkan. Setiap unit operasi mengikuti hukum fisika yang

    sama dan dapat digunakan pada semua industri kimia. Unit operasi menjadi prinsip

    dasar dalam bidang teknik kimia. Unit operasi dan teknik kimia membentuk dasar

    utama untuk segala jenis industri kimia dan merupakan dasar perancangan pabrik kimia

    serta alat-alat yang digunakan.

    Dalam Teknik Kimia, proses pemisahan digunakan untuk mendapatkan dua atau lebih

    produk yang lebih murni dari 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

    Dalam proses pemisahan digunakan untuk mendapatkan dua atau lebih produk yang

    lebih murni dari suatu senyawa kimia. Secara mendasar, proses pemisahan dapat

    diterangkan sebagai proses. Proses pemisahan sendiri dapat diklasifikasikan menjadi

    proses pemisahan secara mekanis atau kimiawi. Pemilihan jenis proses pemisahan yang

    digunakan bergantung pada kondisi yang dihadapi. Pemisahan dengan cara perlakuan

    mekanis dilakukan kapanpun memungkinkan karena biaya operasinya lebih murah dari

    pemisahan secara kimiawi. Untuk campuran yang tidak dapat dipisahkan melalui proses

    pemisahan dengan perlakuan mekanis (seperti pemisahan minyak bumi), proses

    pemisahan kimiawi harus dilakukan.

    BAB I

    PENDAHULUAN

  • 2 Pemisahan Mekanik

    Proses pemisahan suatu campuran dapat dilakukan dengan berbagai metode. Metode

    pemisahan yang dipilih bergantung pada fasa komponen penyusun campuran. Suatu

    campuran dapat berupa campuran homogen (satu fasa) atau campuran heterogen (lebih

    dari satu fasa). Suatu campuran heterogen dapat mengandung dua atau lebih fasa: 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. Pemisahan

    komponen-komponen dari suatu campuran menjadi fraksi-fraksi lain yang berbeda,

    baik dalam ukuran partikel, fase, atau komposisi kimianya diperlukan suatu proses

    pemisahan.

    Misalnya :

    Proses reduksi ukuran untuk menghasilkan ukuran dan bentuk partikel yang sesuai

    dengan kebutuhan pada proses berikutnya dan memperluas permukaan partikel agar

    dapat mempercepat kontak dengan zat lain.

    Proses distilasi untuk memisahkan dua produk atau lebih di dalam suatu campuran

    menjadi produk yang murni.

    Proses klasifikasi untuk menghasilkan produk yang berharga, seperti bijih logam

    dengan memisahkan dari pengotornya dan sebagainya.

    Banyak metode yang digunakan untuk melakukan pemisahan (separasi), dan ada

    beberapa satuan operasi yang dikhususkan untuk itu. Dalam praktek, banyak. masalah

    separasi yang harus dihadapi dan kita harus memilih di antara berbagai metode itu,

    mana yang paling cocok untuk masalah yang dihadapi.

    Prosedur pemisahan komponen-komponen campuran dapat dikelompokkan menjadi dua

    metode, yaitu:

    Metode operasi difusi (diffusional operation) yang meliputi perubahan fase atau

    perpindahan bahan dari satu fase ke fase yang lain

    Metode separasi dengan perlakuan mekanik atau pemisahan mekanik

    (mechanical separation), yang digunakan untuk memisahkan partikel zat padat atau

    tetesan zat cair dengan memanfaatkan gaya-gaya yang bekerja pada partikel dan

    fluida.

    Gaya-gaya yang bekerja pada proses pemisahan dengan perlakuan mekanik adalah gaya

    gravitasi, gaya sentrifugal dan, gaya tekan atau vakum.

    Separasi dengan perlakuan mekanik dipakai untuk campuran heterogen, bukan untuk

    larutan homogen, terutama adalah mengenai partikel ukuran lebih besar dari 0,1 m.

    Teknik-teknik ini didasarkan atas perbedaan fisika antara partikel-partikel itu, seperti

    ukuran, bentuk, atau densitas. Teknik ini dapat digunakan untuk memisahkan zat padat

    dari gas, tetesan zat cair dari gas, zat padat dari zat padat, atau zat padat dari zat cair.

  • 3 Pemisahan Mekanik

    Penggunaan teknik ini berdasarkan perbedaan laju sedimentasi partikel atau tetesan

    pada waktu bergerak melalui zat cair atau gas.

    1.2 Klasifikasi Proses Pemisahan Dengan Prinsip Perlakuan Mekanik

    Proses pemisahan dengan perlakuan mekanik diklasifikasikan sebagai berikut :

    Reduksi ukuran (size reduction)

    Pemisahan berdasarkan ukuran (sizing)

    Pemisahan dengan pengendapan dan sedimentasi (settling and sedimentation)

    Pemisahan dengan filtrasi

    Pemisahan dengan gaya sentrifugal

    Fluidisasi

    Reduksi ukuran atau pengecilan ukuran (kominusi) merupakan tahap awal dalam proses

    pengolahan bahan dalam industri yang bertujuan untuk :

    1. Membebaskan / meliberasi mineral berharga dari material pengotornya.

    2. Menghasilkan ukuran dan bentuk partikel yang sesuai dengan kebutuhan pada

    proses berikutnya.

    3. Memperluas permukaan partikel agar dapat mempercepat kontak dengan zat lain

    Pemisahan berdasarkan ukuran (sizing) adalah proses pemisahan secara mekanik

    berdasarkan perbedaan ukuran partikel yang menggunakan peralatan ayakan.

    Pengayakan (screening) dipakai dalam skala industri, sedangkan penyaringan (sieving)

    dipakai untuk skala laboratorium

    Pemisahan Sedimentasi adalah metode pemisahan padatan dan cairan (suspensi) dengan

    menggunakan gaya gravitasi untuk mengendapkan partikel suspensi. Pemisahan dengan sentrifugasi adalah metode pemisahan campuran padatan dan cairan

    (suspensi) dengan menggunakan gaya sentrifugal untuk mengendapkan partikel

    suspensi.

    Filtrasi adalah suatu operasi pemisahan campuran antara padatan dan cairan (slurry)

    dengan melewatkan umpan berupa campuran padatan - cairan melalui medium

    penyaring (filter), karena adanya daya dorong (driving force) yaitu perbedaan tekanan

    masuk umpan dan tekanan keluar filtrat.

  • 4 Pemisahan Mekanik

    Pemisahan dengan filtrasi sentrifugasi adalah suatu operasi pemisahan campuran antara

    padatan dan cairan (slurry) dengan melewatkan umpan berupa campuran padatan -

    cairan melalui medium penyaring (filter), karena adanya gaya sentrifugal.

    Fluidisasi merupakan salah satu teknik pengontakan fluida baik gas maupun cairan

    dengan butiran padat. Pada fluidisasi kontak antara fluida dan partikel padat terjadi

    dengan baik karena permukaan kontak yang luas.

  • 5 Pemisahan Mekanik

    Tujuan Pembelajaran Umum

    1. Mahasiswa mampu menjelaskan proses pengecilan/pengurangan ukuran

    bahan padat dari ukuran kasar/besar menjadi bentuk yang lebih halus/kecil

    dengan pemecahan/crushing dan penggilingan/grinding.

    2. Mahasiswa mampu menjelaskan teori energi dan daya yang dibutuhkan

    untuk pengecilan/pengurangan ukuran (energi kominusi); yaitu teori Kick,

    Rittinger dan Bond

    Tujuan Pembelajaran Khusus

    1. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan proses pengecilan pengurangan

    ukuran bahan padat dan ukuran kasar/besar menjadi bentuk yang lebih

    halus/kecil dengan pemecahan/crushing dan penggilingan/grinding.

    2. Mahasiswa dapat menjelaskan teori energi dan dayayang dibutuhkan untuk

    pengecilan/pengurangan ukuran (energi kominusi); yaitu teori Kick, Rittinger

    dan Bond

    2.1 Pendahuluan

    Kominusi atau pengecilan ukuran merupakan tahap awal dalam proses perlakuan me

    kanik yang bertujuan untuk :

    1. Membebaskan / meliberasi mineral berharga dari material pengotornya dalam

    bijih logam.

    2. Menghasilkan ukuran dan bentuk partikel yang sesuai dengan kebutuhan pada

    proses berikutnya.

    3. Memperluas permukaan partikel agar dapat mempercepat kontak dengan zat

    lain, misalnya reagen flotasi.

    Kominusi ada 2 (dua) macam, yaitu :

    1. Peremukan / pemecahan (crushing)

    2. Penggerusan / penghalusan (grinding)

    Disamping itu kominusi, baik peremukan maupun penggerusan, bisa terdiri dari

    beberapa tahap, yaitu :

    1 Tahap pertama / primer (primary stage)

    BAB II

    REDUKSI UKURAN (SIZE REDUCTION)

  • 6 Pemisahan Mekanik

    2 Tahap kedua / sekunder (secondary stage)

    3 Tahap ketiga / tersier (tertiary stage)

    Variabel Operasi Pengecilan Ukuran (SR) :

    1. Moisture content : kandungan cairan.

    Di bawah 3 4 % (%berat) cairan dalam bahan, SR tidak mengalami kesulitan.

    Di atas 4%, bahan menjadi sticky (lengket), cenderung menyumbat mesin/alat.

    Di atas 50%, wet size reduction, biasanya untuk padatan halus.

    2. Reduction ratio : rasio diameter rata-rata umpan dengan diameter rata-rata produk.

    =

    Mesin penghancur ukuran besar atau crusher, mempunyai rasio 3 s/d 7.

    Mesin penhancur ukuran halus atau grinder, mempunyai rasio s/d 100.

    2.2 Kebutuhan Energi Dan Daya Untuk Pengecilan Ukuran

    Energi yang dibutuhkan crusher/grinder digunakan untuk :

    a. Mengatasi friksi mekanis.

    b. Menghancurkan bahan.

    Teori-teori atau hukum-hukum untuk memprediksi kebutuhan energi dan daya dalam

    reduksi ukuran, memberikan kalkulasi hasil perhitungan mendekati sekitar 0,1-2% dari

    hasil pengukuran. Energi dan daya yang dibutuhkan diturunkan dari teori-teori

    perubahan energi dE terhadap perubahan ukuran dX dari partikel ukuran X berbanding

    terbalik, seperti pada persamaan dibawah ini :

    = ( 1 )

    Dimana: dE = perubahan energy

    dX = perubahan ukuran

    C, n = konstanta yang besarnya tergantung dari jenis material dan alat

  • 7 Pemisahan Mekanik

    Teori-Teori/Hukum-Hukum Untuk Menentukan Energi Kominusi

    1. Teori/Hukum Rittinger

    2. Teori/Hukum Kicks

    3. Teori/Hukum Bond

    1. Teori/Hukum Rittinger

    Energi ini proporsional terhadap luas permukaan baru yang terbentuk. Rittinger

    melakukan percobaan tentang hal ini, menggunakan a drop weight crusher Hasil

    percobaannya dinyatakan dalam energi mekanis yang dibutuhkan luas permukaan baru

    yang terbentuk. Contoh : quartz , setiap energi 1 kgf-cm akan memberikan luas permukaan

    baru sebesar 17,56 cm2.

    Luas permukaan baru = selisih luas permukaan sebelum dihancurkan dan setelah

    dihancurkan pada bilangan Rittinger, hal ini disebabkan energi alat harus mengatasi friksi

    dan efek enersia. Menurut Rittinger energi kominusi sebanding dengan luas permukaan

    baru yang terbentuk, maka, dalam penelitiannya Rittinger menentukan harga n=2,

    sehingga,

    =

    =

    , dintegralkan dengan batas: X1 = XF dan X2 = XP, maka:

    =

    =

    =

    =

    KR = C = konstanta Rittinger, maka :

    =

    ( 2 )

    2. Teori/Hukum Kicks

    Dalam penelitiannya Kicks menentukan harga n =1, maka;

    =

    =

  • 8 Pemisahan Mekanik

    =

    , dintegralkan dengan batas: X1 = XF dan X2 = XP, maka:

    =

    = =

    KK=C=konstanta Kicks, maka :

    = ( 3 )

    3. Teori/Hukum Bond

    Dalam penelitiannya Bond menentukan harga n = 1,5 , maka;

    =

    =

    , dintegralkan dengan batas: X1 = XF dan X2 = XP, maka:

    =

    =

    ,

    ,

    , =

    , ,

    KB = 2C, maka : = ,

    ,

    =

    ( 4 )

    Dimana : KB= konstante Bond

    XF = ukuran umpan 80% lolos (mm)

    XP = ukuran produk 80% lolos (mm)

    Untuk menentukan KB, Bond melakukan percobaan dengan mereduksi ukuran dari

    ukuran sangat besar () menjadi ukuran 100 m (80% lolos), sehingga :

    XF = dan XP = 100 m = 0,1 mm

    =

    ,

    =

    , = ,

    Energi untuk reduksi ukuran dari ukuran sangat besar () menjadi ukuran 100 m (80%

    lolos) didifinisikan sebagai indek kerja material (Ei ) (kWh/Ton), sehingga rumus

    Bond menjadi :

  • 9 Pemisahan Mekanik

    = ,

    ( 5 )

    Dimana : = ,

    Bila daya yang dibutuhkan P (kW) dan laju umpan T (Ton/jam), maka :

    = = ,

    ( 6 )

    Bila, XF dan XP dalam satuan m ( 1mm = 1000m ), maka :

    = = ,

    = =

    ( 7 )

    Bila, XF dan XP dalam satuan ft ( 1ft = 304,8 mm ), maka :

    = = ,

    ,

    = = ,

    ( 8 )

    Bila P (dalam HP), T (dalam Ton/menit) , XF dan XP dalam satuan ft (1 ft=304,8 mm),

    maka :

    = = ,

    ,

    = = ,

    / ( 9 )

    Contoh-1:

    Untuk memecah 10 Ton/jam material hematite dengan indek kerja 12,68 kWh/Ton

    digunakan Crusher. Ukuran umpan 80% lolos 3-in (76,2 mm)(80% dan ukuran produk

    80% lolos 1/8-in(3,175 mm).

    Hitung : a. Energi yang dibutuhkan dalam kWh/Ton

    b. Energi yang dibutuhkan dalam

    /

    c. Daya yang dibutuhkan dalam kW

    d. Daya yang dibutuhkan dalam HP

  • 10 Pemisahan Mekanik

    Penyelesaian :

    Ei = 12,68 kWh/Ton T = 10 Ton/jam

    XF = 3-in = 76,2 mm = 76200 m

    XP = 1/8-in = 3,175 mm = 3175 m

    a. Energi dalam (kWh/Ton):

    = =

    = = (, )

    = = ,

    b. Energi dalam (

    /):

    = = ,

    /

    XF = 3-in = 0,25 ft XP= 1/8-in=0,0104 ft

    = = , ,

    ,

    ,

    = ,

    /

    c. Daya, P (kW): = =

    ,

    =

    d. Daya, P (HP)

    =

    = ,

    = = ,

    ,

    /= ,

    Contoh-2:

    Untuk memecah biji logam dari ukuran umpan 50,8 mm (80% lolos) menjadi produk

    6,35 mm (80% lolos) dibutuhkan daya 89,5 kW. Dengan menggunakan Persamaan

    Hukum Bond, berapa daya yang dibutuhkan untuk ukuran umpan yang sama, dengan

    ukuran produk 3,18 mm ?

    Penyelesaian :

    XF=50,8 mm=50.800 m(80% lolos)

    XP=6,35 mm= 6.350 m (80% lolos)

    P=89,5 kW

  • 11 Pemisahan Mekanik

    = =

    /

    = =

    = =

    .

    . = ,

    = ,

    XF= 50,8 mm = 50800 m (80% lolos) XP=6,35 mm = 3180 m (80% lolos) P = ?

    = =

    = = ,

    = ,

    2.3 Peralatan Pengecilan Ukuran

    1. Peralatan Peremukan / Pemecahan (Crushing)

    Peremukan adalah proses reduksi ukuran dari material yang langsung dari tambang

    (ROM = run of mine) dan berukuran besar-besar (diameter sekitar 100 cm) menjadi

    ukuran 20-25 cm bahkan bisa sampai ukuran 2,5 cm. Peralatan yang dipakai antara lain

    adalah :

    1. Jaw crusher

    2. Gyratory crusher

    3. Cone crusher

    4. Roll crusher

    5. Impact crusher

    6. Rotary breaker

    7. Hammer mill

    2. Peralatan Penggerusan / Penghalusan (Grinding)

    Penggerusan adalah proses lanjutan reduksi ukuran dari yang sudah berukuran

    2,5 cm menjadi ukuran yang lebih halus. Pada proses penggerusan dibutuhkan

    media penggerusan yang antara lain terdiri dari :

  • 12 Pemisahan Mekanik

    1. Bola-bola baja atau keramik (steel or ceramic balls)

    2. Batang-batang baja (steel rods)

    3. Campuran bola-bola baja dan materialnya sendiri yang disebut semi

    autagenous mill (SAG).

    4. Tanpa media penggerus, hanya materialnya sendiri yang saling menggerus

    dan disebut autogenous mill.

    Peralatan penggerusan yang dipergunakan adalah :

    1. Ball mill dengan media penggerus berupa bola-bola baja atau keramik

    2. Rod mill dengan media penggerus berupa batang-batang baja.

    Gambar 2.1 Jaw Crusher

  • 13 Pemisahan Mekanik

    Gambar 2.2 Gyratory Crusher Gambar 2.3 Impact Crusher

    Gambar 2.4 Roll Crusher Licin Gambar 2.5 Roll Crusher Bergigi

  • 14 Pemisahan Mekanik

    Gambar 2.6 Rotary Breaker

    Gambar 2.7 Hammer Mill

  • 15 Pemisahan Mekanik

    Gambar 2.8 Ball Mill

    Gambar 2.9 Penampang Ball Mill

  • 16 Pemisahan Mekanik

    Tujuan Pembelajaran Umum

    Mahasiswa mampu menjelaskan pemisahan bahan padat menurut besarnya

    butiran (berdasarkan ukuran) denan menggunakan ayakan, neraca material

    bahan dan efisiensi dari ayakan

    Tujuan Pembelajaran Khusus

    Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan pemisahan bahan padat menurut

    besarnya butiran (berdasarkan ukuran) denan menggunakan ayakan, neraca

    material bahan dan efisiensi dari ayakan

    3.1 Pendahuluan

    Setelah bahan atau bijih diremuk dan digerus, maka akan diperoleh bermacam-macam

    ukuran partikel. Oleh sebab itu harus dilakukan pemisahan berdasarkan ukuran partikel

    agar sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan pada proses pengolahan yang berikutnya.

    Pengayakan atau penyaringan adalah proses pemisahan secara mekanik berdasarkan

    perbedaan ukuran partikel. Pengayakan (screening) dipakai dalam skala industri,

    sedangkan penyaringan (sieving) dipakai untuk skala laboratorium.

    Produk dari proses pengayakan/penyaringan ada 2 (dua), yaitu :

    1. Ukuran lebih besar daripada ukuran lubang ayakan (oversize).

    2. Ukuran yang lebih kecil daripada ukuran lubang ayakan (undersize).

    Satu ayakan tunggal hanya dapat memisahkan menjadi dua fraksi saja setiap kali

    pemisahan, yaitu yang lolos dari ayakan dan yang tertahan diatas ayakan.

    Ayakan yang digunakan di industri dibuat dari anyaman kawat, sutera, plastik batangan-

    batangan logam, plat logam yang berlobang-lobang, atau kawat-kawat yang

    penampangnya berbentuk baji. Logam yang digunakanpun bermacam-macam, tetapi

    pada umumnya dibuat dari baja atau stainless steel. Ayakan standar mempunyai ukuran

    mesh yang berkisar antara 4 sampai 400 mesh, sedangkan ayakan dari logam yang

    BAB III

    PEMISAHAN BERDASARKAN UKURAN (SIZING)

  • 17 Pemisahan Mekanik

    digunakan secara komersial mempunyai lubang samapai 1 m. Ayakan yang lebih halus

    dari 150 mesh jarang dipakai, karena untuk partikel yang sangat halus cara pemisahan

    lain mungkin lebih ekonomis.

    Pemisahan partikel yang ukurannya antara 4 mesh dan 48 mesh disebut pengayakan

    halus, sedangkan untuk yang lebih halus disebut ultra halus

    3.2 Neraca Massa Ayakan

    Neraca massa ayakan sederhana dapat digambarkan sebagai berikut :

    Feed (F) Produk Tertahan (D)

    Fraksi Undersize(XF) Fraksi Undersize(XD)

    Fraksi Oversize(1- XF) Fraksi Oversize(1-XD)

    Produk Lolos (B)

    Fraksi Undersize(XB)=1

    Fraksi Oversize=(1-XB)=0

    Neraca Massa Keseluruhan (Overall): F = D + B ( 1 )

    Neraca Massa Fraksi Undesize: F XF = D XD + B XB ( 2 )

    Neraca Massa Fraksi Oversize: F (1-XF) = D (1-XD) + B (1-XB) ( 3 )

    Eliminasi dari persamaan ( 1 ) dan ( 2 ) :

    =

    =

    ( 4 )

    Eliminasi dari persamaan ( 1 ) dan ( 2 ) :

    =

    =

    ( 5 )

    Efisiensi Ayakan

    Efisiensi Ayakan didifinisikan sebagai fraksi undersize umpan (Feed) yang benar-benar

    lolos dibagi dengan fraksi undersize umpan(Feed) yang seharusnya lolos.

  • 18 Pemisahan Mekanik

    Fraksi undersize umpan (Feed) yang benar-benar lolos = fraksi undersize dalam produk

    lolos ( B XB ). Fraksi undersize umpan (Feed) yang seharusnya lolos = F XF

    =

    = =

    =

    ( 6 )

    3.3 Analisa Ayak

    Partikel zat padat secara individu dikarakteristikan dengan ukuran, bentuk, dan densitas.

    Partikel zat padat homogen mempunyai densitas yang sama dengan bahan bongkahan.

    Partikel-partikel yang didapatkan dengan memecahkan zat padat campuran, misalnya

    bijih yang mengandung logam, mempunyai berbagai densitas. Untuk partikel yang

    bentuknya beraturan, misalnya bentuk bola dan kubus, ukuran dan bentuknya dapat

    dinyatakan dengan mudah. Tetapi partikel yang bentuknya tidak beraturan seperti

    butiran atau serpihan, ukuran dan bentuknya tidak begitu jelas dan harus dijelaskan

    secara acak.

    Bentuk Partikel

    Bentuk setiap partikel dikarakteristikan dengan sperisitas (sphericity) S, yang tidak

    tergantung pada ukuran partikel. Untuk partikel bentuk bola dengan diameter, DP,

    S =1, untuk partikel bukan bola didifinisikan oleh hubungan :

    =

    ( 7 )

    Dimana : DP = diameter ekivalen atau diameter nominal partikel

    SP = luas permukaan satu partikel VP = volume satu partikel

    Diameter ekivalen didifinisikan sebagai diameter bola yang volumenya sama dengan

    volume partikel itu. Tetapi bahan-bahan berbentuk granular, volume maupun luas

    permukaannya tidak mudah ditentukan secara eksak, sehingga DP biasanya diambil dari

    ukuran nominal atas dasar analisa ayak. Luas permukaan diperoleh dari pengukuran

    didalam hamparan partikel. Untuk kebanyakan bahan pecahan harga S antara 0,6-0,8,

    untuk partikel yang telah membulat karena abrasi S bisa sampai 0,95.

  • 19 Pemisahan Mekanik

    Cara Menyajikan Analisa Ayak

    Contoh menggunakan susunan 5 ayakan dengan ukuran lobang ayakan X1, X2, X3,

    X4 dan X5 dalam mm dan mesh.

    M1

    X1 = 0,297 mm = 48 mesh

    M2

    X2 = 0,250 mm = 60 mesh

    M3

    X3 = 0,210 mm =65 mesh

    M4

    X4 = 0,177 mm = 80 mesh

    M5

    X5 = 0,149 mm = 100 mesh

    M6

    Pan M = M1 + M2 + M3 + M4 + M5 + M6

    Gambar 3.1 Susunan perlalatan analisa ayak

    Tabel 3.1 Cara Menyajikan Tabel Analisa Ayak Dalam Ukuran mm

    Ukuran

    mm

    Berat

    gram

    %

    Berat

    %Lolos

    Individu

    %Lolos

    Kumulatif

    %Tertahan

    Individu

    %Tertahan

    Kumulatif

    + 0,297 M1 Y1 - - Y1 Y1

    -0,297+0,250 M2 Y2 Y2 Y2+Y3+Y4+Y5+Y6 Y2 Y1+Y2

    -0,250+0,210 M3 Y3 Y3 Y3+Y4+Y5+Y6 Y3 Y1+Y2+Y3

    -0,210+0,177 M4 Y4 Y4 Y4+Y5+Y6 Y4 Y1+Y2+Y3+Y4

    -0,177+0,149 M5 Y5 Y5 Y5+Y6 Y5 Y1+Y2+Y3+Y4+Y5

    -0,149 M6 Y6 Y6 Y6 - -

    M 100%

  • 20 Pemisahan Mekanik

    Tabel 3.2 Cara Menyajikan Tabel Analisa Ayak Dalam Ukuran Mesh

    Ukuran

    Mesh

    Berat

    gram

    %

    Berat

    %Lolos

    Individu

    %Lolos

    Kumulatif

    %Tertahan

    Individu

    %Tertahan

    Kumulatif

    + 48 M1 Y1 - - Y1 Y1

    -48+60 M2 Y2 Y2 Y2+Y3+Y4+Y5+Y6 Y2 Y1+Y2

    -60+65 M3 Y3 Y3 yY3+Y4+Y5+Y6 Y3 Y1+Y2+Y3

    -65+80 M4 Y4 Y4 Y4+Y5+Y6 Y4 Y1+Y2+Y3+Y4

    -80+100 M5 Y5 Y5 Y5+Y6 Y5 Y1+Y2+Y3+Y4+Y5

    -100 M6 Y6 Y6 Y6 - -

    M 100%

    Keterangan :

    M = Berat total umpan ayakan

    M1= Berat fraksi yang tertahan pada ukuran ayakan X1

    M2 = Berat fraksi yang lolos ukuran ayakan X1 dan tertahan ukuran ayakan X2

    M3 = Berat fraksi yang lolos ukuran ayakan X2 dan tertahan ukuran ayakan X3

    M4 = Berat fraksi yang lolos ukuran ayakan X3 dan tertahan ukuran ayakan X4

    M5 = Berat fraksi yang lolos ukuran ayakan X4 dan tertahan ukuran ayakan X5

    M5 = Berat fraksi yang lolos ukuran ayakan X5

    Ukuran yang digunakan untuk menentukan ukuran rata-rata partikel padat didunia

    industri atau perdagangan dan juga untuk menghitung ukuran umpan dan produk dari

    peralatan reduksi ukuran adalah ukuran 80% lolos dan ukuran 66,7% lolos. Artinya

    kalau partikel padat diayak pada ukuran tersebut yang lolos jumlahnya 80% atau

    66,7%., tetapi yang sering digunakan ukuran 80% lolos.

    Grafik Hasil Analisa Ayak

    1. Grafik %lolos kumulatif vs ukuran

    2. Grafik %tertahan kumulatif vs ukuran

    Misal : Y1 = 4% Y2= 8% Y3 = 15% Y4 =20% Y5=25% Y6 = 28%

  • 21 Pemisahan Mekanik

    Tabel 3.3 Hasil Analisa Ayak

    Ukuran

    mm

    %Lolos

    Individu

    %Lolos

    Kumulatif

    %Tertahan

    Individu

    %Tertahan

    Kumulatif

    + 0,297 4 - 4 4

    -0,297+0,250 8 96 8 12

    -0,250+0,210 15 88 15 27

    -0,210+0,177 20 73 20 47

    -0,177+0,149 25 53 25 72

    -0,149 28 28 - -

    Gambar 3.2 Grafik Analisa Ayak Ukuran vs %Lolos Kumulatif

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

    %lo

    los

    kum

    ula

    tif

    Ukuran Ayakan (mm)

    Y-Values

  • 22 Pemisahan Mekanik

    Gambar 3.3 Grafik Analisa Ayak Ukuran vs %Tertahan Kumulatif

    Dari grafik Analisa Ayak Ukuran 80%Lolos = 0,225 mm

    Contoh Soal Gabungan Grinding Dan Sizing

    Material Hematit dengan indek kerja 12,68 kWh/Ton dengan laju umpan 100 Ton/jam

    di reduksi ukurannya dengan Ball Mill dilanjutkan dengan pengayakan seperti pada

    diagram dibawah ini :

    Fresh Feed Feed Ball Mill Produk Ball Mill

    (FF) (F) (PB)

    Recycle(R) Ayakan

    Produk Ayakan (PA)

    Data Hasil Analisa Ayak dari Feed (F) dan Produk Ball Mill adalah sebagai berikut :

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

    % T

    ert

    ahan

    Ku

    mu

    lati

    f

    Ukuran Ayakan (mm)

    Y-Values

  • 23 Pemisahan Mekanik

    Tabel 3.4 Hasil Analisa Ayak Feed Dan Produk

    Ukuran

    (mm)

    Feed

    (%)

    Produk

    (%)

    + 2 10 0

    - 2 + 1 30 20

    -1 + 0,5 40 10

    - 0,5 20 70

    a. Berapa Energi (E) dan Daya (P) yang dibutuhkan ?

    b. Hitung berapa besar Produk Ayakan (PA), Recycle (R) dan Fresh Feed (FF) bila

    Produk Ball Mill diayak pada ukuran lubang ayakan 1 mm dan efisiensi ayakan

    75%?

    Penyelesaian :

    Tabel 3.5 Analisa Ayak Feed

    Ukuran

    (mm)

    (%)

    Berat

    % Lolos

    Individu

    % Lolos

    Kumulatif

    + 2 10 - -

    - 2 + 1 30 30 90

    -1 + 0,5 40 40 60

    - 0,5 20 20 20

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0 0,5 1 1,5 2 2,5

    %lo

    los

    kum

    ula

    tif

    Ukuran (mm)

    Y-Values

  • 24 Pemisahan Mekanik

    Gambar 3.4 Grafik Hasil Analisa Ayak Feed

    Dari grafik ukuran Feed 80% lolos =XP = 1,6 mm = 1600m

    Gambar 3.5 Grafik Hasil Analisa Ayak Feed

    Dari grafik ukuran Produk 80% lolos =XP = 1 mm = 1000m

    Ei = 12,68 kWh/Ton T = 100 Ton/jam

    a.

    = =

    = = (, )

    = = ,

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 0,5 1 1,5 2 2,5

    % L

    olo

    s K

    um

    ula

    tif

    Ukuran (mm)

    Y-Values

  • 25 Pemisahan Mekanik

    Daya, P (kW)

    = =

    ,

    =

    b. Produk Ball Mill diayak pada ukuran 1 mm dengan efisiensi ayakan 75%.

    Klasifikasi Produk Ball Mill pada ukuran 1 mm

    +1 mm = 20% = 20 Ton/jam

    -1 mm = 80% = 80 Ton/jam

    Produk Ball Mill sebagai Umpan Ayakan

    Undersize dalam Umpan(-1mm) = 80 Ton/jam

    =

    %

    Produk Ayakan=Undersize dalam Produk lolos

    Produk Ayakan = PA= 75% x 80 =60 Ton/jam

    Recycle = (-1mm dari umpan yang tidak lolos)+ (+1mm dari umpan)

    Klasifikasi Recycle pada ukuran 1 mm :

    -1mm = 80 60 = 20 Ton/jam

    +1mm = 20 Ton/jam

    Recycle = R = (80-60) + 20 = 40 Ton/jam

    Klasifikasi Feed Ball Mill pada ukuran 1 mm

    +1 mm = 60% = 60 Ton/jam

    -1 mm = 40% = 40 Ton/jam

    Fresh Feed (FF) = Feed (F) Recycle (R) = 100 40 = 60 Ton/jam

    Atau

    Fresh Feed = Produk Ayakan = 60 Ton/jam

    Klasifikasi Fresh Feed pada ukuran 1 mm

    -1mm = (-1mm dari Feed) (-1mm dari Recycle) = 40 20 = 20 Ton/jam

  • 26 Pemisahan Mekanik

    +1mm = (+1mm dari Feed) (+1mm dari Recycle) = 60 20 = 40 Ton/jam

    3.4 Peralatan Ayak

    Ada berbagai macam ayakan yang digunakan untuk berbagai tujuan tertentu, tetapi

    hanya beberapa jenis saja yang akan dibahas disini. Pada kebanyakan ayakan, partikel-

    partikel itu jatuh melalui bukaan(lobang) dengan gaya gravitasi, dalam beberapa

    rancangan tertentu partikel didorong melalui ayakan dengan sikat atau dengan gaya

    sentrifugal. Partikel-partikel kasar jatuh dengan mudah melalui lobang besar didalam

    permukaan stasioner, tetapi partikel-partikel halus digetarkan dengan vibrator atau

    diayunkan melingkar dengan girasi secara mekanik atau elektrik.

    Jenis Peralatan Ayakan

    1. Ayakan skala laboratorium (Sieve)

    1. Hand sieve

    2. Vibrating sieve series / Tyler vibrating sive

    3. Sieve shaker / rotap

    4. Wet and dry sieving

    2. Ayakan skala industri (Screen)

    1. Stationary grizzly

    2. Roll grizzly

    3. Sieve bend

    4. Revolving screen

    5. Vibrating screen (single deck, double deck, triple deck, etc.)

    6. Shaking screen

    7. Rotary shifter

    Ayakan Stasioner Grizzly

    Adalah ayakan yang dibuat dari batangan-batangan logam sejajar yang dipasang pada

    rangka stasioner yang miring. Kemiringan dan lintasan bahan itu sejajar dengan panjang

    batangan. Umpan kasar yang keluar dari pemecah primer, masuk pada ujung atas kisi.

    Bongkah-bongkah besar akan menggelinding atau meluncur menuju pengeluaran

    dibagian ekor dan bongkah-bongkah kecil jatuh kebawah menuju kolektor. Jarak antara

    batangan sekitar 2-8 in.

    Ayakan Girasi.

  • 27 Pemisahan Mekanik

    Hampir semua ayakan menghasilkan fraksi-fraksi berukuran kasar dan halus, yang kasar

    dikel;uarkan dahulu dan yang halus kemudian. Cara ini dapat dilihat dari ayakan datar

    girasi (gyrating flat screen). Alat ini terdiri dari beberapa tingkat ayakan. Ayakan

    paling kasar ditempatkan paling atas, sedangkan yang paling halus paling bawah.

    Campuran partikel dijatuhkan pada ayakan teratas dan diayunkan melingkar dengan

    girasi untuk mendistribusikan partikel melalui lobang ayakan.

    Ayakan Vibrasi

    Ayakan ini digetarkan dengan cepat dengan amplitude kecil lebih sulit membuka lobang

    daripada ayakan girasi. Vibrasi dapat digerakkan secara mekanik dan elektrik. mekanik

    ditransmisikan dari eksentrik berkecepatan tinggi ke ayakan

    Berikut ini gambar beberapa jenis ayakan yang sering digunakan dalam industri kecil

    ataupun industri besar.

    Gambar 3.1 Ayakan Grizzly Gambar 3.3 Ayakan Vibrasi

    Gambar 3.2 Ayakan Girasi Gambar 3.4 Sieve Ben

  • 28 Pemisahan Mekanik

    Gambar 3.5 Sieve Shaker

  • 29 Pemisahan Mekanik

    Tujuan Pembelajaran Umum

    1. Mahasiswa mampu menjelaskan pemisahan partikel dalam fluida menjadi fraksi

    masing-masing, berdasarkan kecepatan pengendapan (kecepatan terminal) dengan

    proses sedimentasi.

    2. Mahasiswa mampu menjelaskan pemisahan campuran partikel padat dengan

    menggunakan fluida menjadi fraksi-fraksi murni dan campuran berdasarkan

    perbedaan kecepatan pengendapan (kecepatan terminal) dengan proses sedimentasi.

    Tujuan Pembelajaran Khusus

    1. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan pemisahan partikel dalam fluida

    menjadi fraksi masing-masing, berdasarkan kecepatan pengendapan (kecepatan

    terminal) dengan proses sedimentasi.

    2. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan pemisahan campuran partikel padat

    dengan menggunakan fluida menjadi fraksi-fraksi murni dan campuran

    berdasarkan perbedaan kecepatan pengendapan (kecepatan terminal) dengan proses

    sedimentasi.

    4.1 Pendahuluan

    Sedimentasi adalah suatu proses pemisahan solid-liquid menggunakan pengendapan

    secara gravitasi untuk mimisahkan zat padat (suspended solid) atau tersuspensi non

    koloidal dalam fluida (fluida yang biasa digunakan air). 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 dengan melewatkan air pada sebuah

    bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatan terpisah dari aliran air tersebut dan

    jatuh ke dalam bak pengendap. Kecepatan pengendapan partikel yang terdapat di air

    tergantung pada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan

    aliran dalam bak pengendap. Pada dasarnya terdapat dua jenis alat sedimentasi yaitu

    jenis rectangular dan jenis circular. Proses sedimentasi dapat dikelompokkan dalam tiga

    klasifikasi, bergantung dari sifat padatan di dalam suspensi:

    BAB IV

    SEDIMENTASI

  • 30 Pemisahan Mekanik

    1. Discrete (free settling)

    Kecepatan pengendapan dari partikel-partikel discrete adalah dipegaruhi oleh gravitasi

    dan gaya geser yang didifinisikan sebagai Homogenizer Equalizer Settler.

    2. Flocculant

    Kecepatan pengadukan dari partikel-partikel meningkat, setelah adanya penggabungan

    diantara partikel-partikel

    3. Hindered/Zone settling

    Kecepatan pengendapan dari partikel-partikel di dalam suspensi dengan konsentrasi

    padatan melebihi 500 mg/l.

    Pada umumnya sedimentasi digunakan pada pengolahan air minum, pengolahan air

    limbah, dan pada pengolahan bahan galian dari hasil penambangan. Pada pengolahan air

    minum proses sedimetasi khususnya digunakan untuk:

    1. Pengendapan air permukaan, untuk pengolahan dengan saringan pasir.

    2. Pengendapan flok hasil koagulasi/flokulasi, khususnya sebelum disaring dengan

    saringan pasir.

    3. Pengendapan flok hasil penurunan kesadahan menggunakan soda-kapur.

    4. Pengendapan lumpur pada pemisahan besi dan mangan.

    Pada pengolahan air limbah, proses sedimentasi digunakan :

    1. Pemisahan grit, pasir atau silt.

    2. Pemisahan padatan pada clarifier yang pertama.

    3. Pemisahan flok/lumpur biologi hasil proses activated sludge, pada clarifier

    akhir.

    4. Pemisahan humus pada clarifier akhir setelah trickling filter.

    Pada pengolahan bahan galian hasil penambangan , proses sedimentasi digunakan pada

    pengolahan bijih logam (ores) untuk memisahkan konsentrat logam (mineral) dari

    pengotornya. Prinsip proses sedimentasi pada pengolahan air minum, pengolahan air

    limbah, dan pengolahan bahan galian adalah sama, begitu juga metode dan

    peralatannya. Bak sedimentasi pada umumnya dibangun dari bahan beton bertulang

    dengan bentuk lingkaran, bujur sangkar, atau segi empat. Bak berbentuk lingkaran

    umumnya berdiameter 10,7-45,7 meter dengan kedalamannya 3-4,3 meter. Bak

    berbentuk bujur sangkar pada umumnya mempunyai panjang sisi 10-70 meter dengan

    kedalaman 1,5-6 meter. Bak berbentuk segi empat pada umumnya mempunyai panjang

    sampai 76 m dan lebarnya 1,5-6 meter dengan kedalaman 1,8 meter.

    4.2 Proses Pengendapan Berdasarkan Gerakan Partikel Melalui Fluida

  • 31 Pemisahan Mekanik

    Banyak metode separasi mekanik yang didasarkan atas gerakan partikel zat padat atau

    tetesan zat cair melalui fluida. Fluida dapat berbentuk gas atau zat cair dan dapat berada

    dalam keadaan mengalir atau keadaan diam. Dalam beberapa situasi, tujuan proses itu

    untuk memisahkan partikel dari arus fluida atau untuk memisahkan pengotor yang

    terdapat di dalam fluida atau untuk memisahkan partikel, sebagaimana dalam

    pembersihan udara atau gas buang terhadap debu dan uap racun dari air limbah.Dalam

    kondisi tertentu, partikel itu sengaja disuspensikan di dalam fluida supaya dapat

    dipisahkan fraksi-fraksi yang berbeda ukuran atau densitasnya, kemudian fluida

    dibersihkan, untuk digunakan kembali, dari partikel yang telah difraksinasi.Prinsip

    mekanika-partikel yang mendasari operasi ini ialah jika partikel itu mulai dari keadaan

    diam terhadap fluida tempat partikel itu terendam, lalu bergerak melalui fluida itu

    karena gaya-gaya luar, gerakan itu dapat dibagi menjadi dua tahap.

    Tahap pertama merupakan satu periode singkat di mana terjadi percepatan,

    kecepatan meningkat dari nol sampai kecepatan terminal.

    Tahap kedua ialah periode di mana partikel itu berada dalam kecepatan

    terminalnya.

    Oleh karena periode percepatan awal itu singkat saja, biasanya per puluhan detik saja

    atau kurang, pengaruh percepatan awal itu pendek pula. Kecepatan terminal, di lain

    pihak, dapat dipertahankan selama partikel masih mengalami perlakuan di dalam alat.

    Metode yang paling lazim, hanya menggunakan periode kecepatan terminal saja.

    Gaya-gaya yang bekerja pada partikel:

    a. Gaya gravitasi, = ( 1 )

    b. Gaya tekan keatas fluida (Bouyant Force), =

    ( 2 )

    c. Gaya gesek (Drag Force), =

    ( 3 )

    Dimana: m = massa partikel = densitas fluida

    p = densitas partikel v = kecepatan pengendapan linier

    A = luas proyeksi partikel CD = koefisien gesek

    Partikel

    Fb FD

  • 32 Pemisahan Mekanik

    Fg

    Gambar 4.1 Pergerakan partikel dalam fluida

    = = =

    ( 4 )

    =

    ( 5 )

    Pada kecepatan terminal, vt

    =

    = =

    =

    =

    =

    =

    ( 6 )

    Untuk partikel bentuk bola :

    =

    =

    =

    =

    ( 7 )

    Bilangan Reynold NRe,P Untuk Gerakan Partikel Dalam Fluida

    , =

    ( 8 )

    Dimana: Dp= diameter partikel = viskositas fluida

    Harga Bilangan Reynold, NRe,p Untuk Daerah (Zone) pengendapan :

    Daerah Laminer NRe,p < 1

    Daerah Transisi 1 > NRe,p < 1000

    Daerah Turbulen NRe,p > 1000 >200000

  • 33 Pemisahan Mekanik

    Pengendapan Di Daerah Laminer

    Untuk pengendapan didaerah laminar, maka koefisien gesek, CD ,

    =

    ( 9 )

    =

    =

    =

    =

    =

    ()

    =

    ()

    ( 10 )

    Untuk Pengendapan Di Daerah Turbulen, CD = 0,44, maka:

    =

    =

    (,)

    = ,

    = ,

    ( 11 )

    Contoh Soal-1

    Tetesan minyak bentuk bola dengan diameter (Dp) 20m (2x10-5

    m) berada dalam udara.

    Densitas minyak (p) 900 kg/m3. Pada temperatur 37,8

    oC dan tekanan 101,3 kPa

    densitas udara () 1,137 kg/m3 dan viskositasnya () 1,9x10-5Pa.s g =10 m/s2

    Berapa kecepatan terminal (vt) tetesan minyak tersebut dalam udara ?

    Penyelesaian:

    DP = 2x10-5

    m p = 900 kg/m3 = 1,137 kg/m3 = 1,9x10

    -5Pa.s g = 10 m/s

    2

    Metode-1 : Menggunakan asumsi pengendapan di daerah laminar, maka :

    =

    ()

    =

    ()(,)

    ,= , /

    Cek, NRe,p

  • 34 Pemisahan Mekanik

    , =

    =

    , (, )

    , = , < 1 ( )

    Metode-2 : Dengan menggunakan grafik CD vs NRe

    =

    =

    ()() ,

    (,)

    =,

    ( 12 )

    , =

    =

    (, )

    ,

    , = ,

    ( 13 )

    Trial-1, vt = 1 m/s =,

    =

    ,

    = ,

    , = , = , = ,

    Koordinat-1 (NRe,p , CD) = (1,2 , 0,2108)

    Trial-2, vt = 0,1 m/s =,

    =

    ,

    ,= ,

    , = , = , , = ,

    Koordinat-2 (NRe,p , CD) = (0,12 , 21,08)

    Koordinat-1 dan Koordinat-2 di plot pada grafik CD vs NRe dalam skala

    logaritma

  • 35 Pemisahan Mekanik

    100000 Titik Potong

    CD vs NRe

    10000

    CD

    1000

    (0,12 , 21,08)

    100

    24

    10 (1,2 , 0,2108)

    1

    0,44

    0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000

    NRe =0,012 NRe

    Gambar 4.2 Penyelesaian contoh-1 dengan metode grafik CD vs NRe

    Dari grafik CD vs NRe didapat NRe = 0,012 =

    ,=

    ,

    ,= , /

    4.3 Hindered Settling

    Untuk aliran hindered settling, kecepatan pengendapan lebih kecil dari perhitungan

    dari persamaan hukum Stokes. Gaya gesek partikel terhadap fluida menjadi lebih

    besar, karena fluidanya berupa suspensi. Viskositas suspensi menjadi lebih besar,

    karena merupakan campuran liquid dan padatan dengan viskositas m. Besarnya

    viskositas campuran sama dengan viskositas liquid dibagi dengan faktor koreksi, P.

    =

    ( 14 )

  • 36 Pemisahan Mekanik

    Dimana : P = faktor koreksi viskositas yang tidak berdimensi:

    =

    ,() ( 15 )

    Densitas fasa fluida yang merupakan suspense (slurry),m menjadi :

    = + ( ) ( 16 )

    Perbedaan densitas partikel dan fluida menjadi :

    = [ + ( )] = ( ) ( 17 )

    Kecepatan terminal, vt sesui dengan hokum Stokes menjadi :

    =

    ()

    =

    ()

    /=

    () ( 18 )

    Bilangan Reynold, NRe,p menjadi :

    , =

    =

    () =

    ( 19 )

    Contoh-2

    Hitung kecepatan terminal dari bola gelas dengan diameter 1,554x10-4

    m dalam air pada

    temperature 20oC. Slurry mengandung 60% berat padatan. Densitas gelas, P =2467

    kg/m3.

    Penyelesaian:

    Densitas air = = 998 kg/m3, viskositas air = = 1 x 10-3 Pa.s

    Fraksi volume dari liquid:

    =/

    +

    = ,

    Densitas slurry, m:

    = + = , + , = /

  • 37 Pemisahan Mekanik

    =

    ,()=

    ,()= ,

    Asumsi pengendapan didaerah laminar, NRep< 1

    =

    = ,

    () , )(, = , /

    , =

    =

    / =

    (,) , ()

    (/,)(,)= ,

    (Asumsi benar)

    4.4 Perbedaan Kecepatan Pengendapan (Differensial Settling Velocity) Dan

    Pemisahan Padatan Dengan Klasifikasi

    Bila campuran partikel A dan B dengan densitas PA dan PB dan ukuran Dp1 Dp4

    berada dalam fluida dengan densitas , maka :

    Partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan paling besar akan mengendap

    lebih dahulu

    Partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan yang sama akan mengendap

    bersama-sama

    Partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan paling kecil akan mengendap

    paling akhir

  • 38 Pemisahan Mekanik

    Bila PA > PB , maka dapat digambarkan dalam grafik hubungan antara ukuran partikel

    ( Dp) dan kecepatan pengendapan (Vt) sebagai berikut :

    VtA4 A VtA3=VtB4 B Vt VtA2

    VtA1=VtB2

    Dp1 Dp2 Dp3 Dp4 Dp

    Gambar 4.3 Pengendapan dan pemisahan dari material A dan B

    Partikel A murni akan dipisahkan pada ukuran Dp3 - Dp4 (DpA3 - DpA4)

    (Partikel A ukuran Dp3 - Dp4 kecepatan pengendapannya paling besar)

    Partikel A dengan ukuran Dp1-Dp3 dan partikel B dengan ukuran Dp2-Dp4 akan

    mengendap bersama-sama (Kecepatan pengendapannya sama, VtA1=VtB2 dan

    VtA3=VtB4 )

    Partikel B murni akan dipisahkan pada ukuran Dp1 Dp2 (DpB1 DpB2)

    (Partikel B ukuran Dp1 Dp2 kecepatan pengendapannya paling kecil)

    Untuk partikel A dan B yang mempunyai kecepatan pengendapan yang sama (VtA1 =

    VtB2 dan VtA3 = VtB4 ), maka :

    Untuk partikel bentuk bola di daerah laminar (didaerah Hukum Stokes), berlaku VtA1 =

    VtB2, maka :

  • 39 Pemisahan Mekanik

    =

    ()

    =

    ()

    VtA1 = VtB2

    ()

    =

    ()

    =

    =

    /

    ( 20

    =

    ()

    =

    ()

    VtA3 = VtB4

    ()

    =

    ()

    =

    =

    /

    ( 21 )

    Untuk partikel bentuk bola di daerah turbulen (didaerah Newtonian)

    =

    =

    VtA1 = VtB2

    =

    = = , , maka :

    =

    =

    ( 22 )

    =

    =

    VtA3 = VtB4

    =

    = = , , maka :

    =

    =

    ( 23 )

  • 40 Pemisahan Mekanik

    Contoh-3: Pengendapaan di daerah laminer, NRe

  • 41 Pemisahan Mekanik

    1. Galena (A) murni dipisahkan pada ukuran Dp3-Dp4=1,26x10-5

    m-2,5x10-5

    m

    2. Campuran Galena(A) dan Silika(B) akan dipisahkan pada ukuran:

    Galena(A) pada ukuran Dp1-Dp3=5,2x10-6

    m-1,26x10-5

    m

    Silika(B) pada ukuran Dp2-Dp4=1,03x10-5

    m-2,5x10-5

    m

    3. Silika(B) murni dipisahkan pada ukuran Dp1-Dp2=5,2x10-6

    m-2,5x10-5

    m

    Contoh-4: Pengendapaan di daerah laminar dan transisi

    Campuran bijih Galena dan Silika dengan ukuran 6 x 10-5

    m 8 x 10-4 m akan

    dipisahkan dengan Hydroclassifier. Densitas Galena 7500 kg/m3, densitas Silika 2650

    kg/m3. Densitas air 1000 kg/m

    3 dan viskositasnya 10

    -3 Pa. s. Percepatan gravitasi ( g )

    = 10 m/s2. Pada ukuran berapa Galena dan Silika dipisahkan ?

    Penyelesaian :

    Ukuran Galena Dan Silika :

    Ukuran terkecil : Dp1 = 6 x 10-5

    m. Ukuran terbesar : Dp4 = 8 x 10-4

    m

    Densitas Galena = pA = 7.500 kg/m3 Densitas Silika = pB= 2.650 kg/m3 Densitas Air = = 1.000 kg/m3 Viskositas Air = = 1 cp = 10-3 Pa. s g = 10 m/s2

    Asumsi Partikel B dengan ukuran Dp4 mengendap didaerah laminer, maka :

    DpB4 = Dp4 = 8 x 10-4

    m

    =

    ( )

    =

    ( (. . )

    ()= , /

    Cek : NRe,p , =

    =

    () , (.)

    = > ( )

    Menghitung Dp2 :

    Asumsi partikel A dengan ukuran Dp1 mengendap didaerah laminer, maka :

    DpA1 = Dp1 = 6 x 10-5

    m

    =

    ()

    =

    ()(..)

    ()= , /

    Cek : NRe,p , =

    =

    () , (.)

    = , < 1 ( )

    =

    =

    .

    =

    ..

    .. .

    DpB2 = Dp2 = 1,19 x 10-4

    m

    Menghitung Dp3 :

    = ()

    =

    () ()()

    ()=

    ,

    =,

    ( 24 )

  • 42 Pemisahan Mekanik

    Bilangan Reynold partikel B ukuran Dp4, NRe,p :

    , =

    =

    ()()

    = ( 25 )

    = , / =,

    =

    ,

    ,= ,

    , = = , =

    Didapat koordinat-1 : ( NRe,p , CDB4)=(80 , 1,76)

    = / =,

    =

    ,

    = ,

    , = = =

    Didapat koordinat-2 : ( NRe,p , CDB4)=(800 , 0,0176)

    Koordinat-1 dan koordinat-2 di plot pada grafik skala logaritma : NRe vs CD

    10000

    CD vs NRe

    1000

    CD

    100

    24 (80, 1,76)

    10 Titik Potong

    1

    (800 , 0,0176)

    0,44

    0,1

    0,01

    0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000

    NRe NRe = 140

    Gambar 4.4 Penyelesaian contoh-4 dengan metode grafik CD vs NRe

  • 43 Pemisahan Mekanik

    Dari grafik CD vs NRe didapat NRe = 140 CD = 0,6

    , = = =

    = , /

    =,

    = , =

    ,

    , ,

    = , = , maka :

    = ()

    = , , =

    () ()

    ()

    = ( 26 )

    , =

    =

    , ()

    = ( 27 )

    Trial-1: DPA3= 1x10-4m = =

    = ,

    , = = ( = ,

    Didapat koordinat-1 : ( NRe,p , CDB4)=(17,5 , 0,283)

    Trial-2: DPA3= 5x10-4m = =

    = ,

    , = = ( = ,

    Didapat koordinat-2 : ( NRe,p , CDB4)=(87,5 1,415)

  • 44 Pemisahan Mekanik

    Koordinat-1 dan Koordinat-2 di plot pada grafik NRe vs CD

    10000

    CD vs NRe

    1000

    CD

    100

    24 (87,5 , 1,415)

    10 Titik Potong

    1

    (17,5 , 0,283)

    0,44

    0,1

    0,01

    0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000

    NRe NRe = 55,7

    Gambar 4.5 Penyelesaian contoh-5 dengan metode grafik CD vs NRe

    , = = , = =,

    = ,

    = = , = =,

    = ,

    1. Galena (A) murni dipisahkan pada ukuran Dp3-Dp4=1,26x10-5

    m-2,5x10-5

    m

    2. Campuran Galena(A) dan Silika(B) akan dipisahkan pada ukuran:

    Galena(A) pada ukuran Dp1-Dp3=5,2x10-6

    m-1,26x10-5

    m

    Silika(B) pada ukuran Dp2-Dp4=1,03x10-5

    m-2,5x10-5

    m

  • 45 Pemisahan Mekanik

    3. Silika(B) murni dipisahkan pada ukuran Dp1-Dp2=5,2x10-6

    m-2,5x10-5

    4.5 Sedimentasi Kontinyu

    Pada proses sedimentasi kontinyu waktu detensi (t) adalah sebesar volume basin (V)

    dibagi dengan laju alir (Q).

    =

    ( 28 )

    Overflow rate (Vo) menggambarkan besarnya kecepatan pengendapan adalah fungsi

    dari laju alir (Q) dibagi dengan luas permukaan basin (Ap).

    =

    ( 29 )

    Laju linier (V0) mengambarkan besarnya kecepatan horizontal adalah fungsi dari laju

    alir (Q) dibagi dengan luas area tegak lurus aliran.

    Ketinggian tangki sedimentasi (H) adalah besarnya kecepatan pengendapan Overlow

    rate (V0) dikalikan waktu detensi (t).

    = ( 30 )

    4.6 Sedimentasi Batch

    Mekanisme Sedimentasi Dengan 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.

    Bila suatu dilute slurry diendapkan dengan gaya gravitasi menjadi cairan bening dan

    sedimen (endapan) dengan konsentrasi yang tinggi, prosesnya disebut sedimentasi.

    Metode untuk menentukan settling velocity dan mekanisme settling, digunakan batch

    settling test menggunakan slurry dengan konsentrasi homogen dalam tabung silinder.

    Seperti yang terlihat pada gambar berikut :

  • 46 Pemisahan Mekanik

    B A z0

    Constant rate

    B A

    z z

    z C

    C zi

    D z D z1

    t t1

    (a) (b) (c) (d)

    Gambar 4.6 : Mekanisme dan hasil sedimentasi secara batch

    (a) Suspensi homogen awal (original)

    (b) Zone pengendapan setelah beberapa waktu

    (c) Pemadatan zone D setelah zone B dan C tidak muncul, berubah menjadi cairan

    bening dan padatan

    (d) Kurva/grafik tinggi antar permukaan cairan bening (z) vs waktu pengendapan (t)

    Pada saat awal dalam tabung silinder terdiri suspensi zone B yang homogen dengan

    konsentrasi co (gambar-1a). Partikel dalam zone B mulai mengendap dengan laju

    homogen dan muncul cairan bening zone A (gambar-1b). Penurunan tinggi z konstan.

    Zone D mulai muncul. Setelah beberapa waktu zone B makin berkurang, diatas zone B

    cairan bening zone A makin bertambah, dibawah zone B muncul zone lapisan transisi

    C (zone antara B dan D) dan zone D makin bertambah. Setelah pengendapan berakhir

    zone B dan C tidak muncul lagi (gambar-1c). Terjadi pemadatan zone D dengan

    ketebalan zone D dan tinggi cairan bening zone A makin bertambah.

    Perhitungan Kecepatan Terminal (Settling Velocity)

    Pada gambar.4-6 d adalah grafik/kurve tinggi cairan bening antar permukaan (z) di plot

    terhadap waktu pengendapan (t). Ditunjukkan bahwa settling velocity, dimana slope

  • 47 Pemisahan Mekanik

    dari garis, pertama konstan, sampai pada titik kritis C. Settling velocity dihitung dari

    gambar koefisien arah dari garis singgung pada gambar-d, pada saat t1, maka :

    = ( 31 )

    Pada titik dengan tinggi z1 dan zi intersep dari garis singgung kurve :

    =

    ( 32 )

    Konsentrasi c1 adalah konsentrasi rata-rata suspensi pada tinggi slurry zi , dapat

    dihitung dari :

    c1 zi = c0z0 atau =

    ( 33 )

    Dimana : c0 = konsentrasi awal slurry kg/m3

    dan z0 tinggi awal slury (pada t = 0).

    4.7 Peralatan Sedimentasi Dengan Gravitasi

    a. Alat Pemisah Debu Dan Udara (gambar 4.7)

    b. Bak Klasifikasi Dengan Pengendapan Sederhana Secara Gravitasi ( Classifier )

    (gambar 4.8)

    c. Bak Pengendapan Spitzkasten (gambar 4.9)

    d. Tangki Pemisahan Dengan Pengendapan Gravitasi Liquid - Liquid ( Liquid

    Liquid Coalescer Settler ) (gambar 4.10)

    e. Tikener (gambar 4.11)

  • 48 Pemisahan Mekanik

    Gambar 4.7 Alat Pemisah Debu Dan Udara

    Gambar 4.8 Bak Klasifikasi Dengan Pengendapan Sederhana Secara Gravitasi

    Gambar 4.9 Bak Pengendapan Spitzkasten

  • 49 Pemisahan Mekanik

    Gambar 4.10 Tangki Pemisahan Dengan Pengendapan Gravitasi Liquid - Liqui

    Gambar 4.11 Tikener

  • 50 Pemisahan Mekanik

    Tujuan Pembelajaran Umum

    Mahasiswa mampu menjelaskan definisi filtrasi, jenis-jenis dan perolehan filtasi

    dan perhitungannya

    Tujuan Pembelajaran Khusus

    Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan definisi filtrasi, jenis-jenis dan

    perolehan filtasi dan perhitungannya

    5.1 Pendahuluan

    Filtrasi atau penyaringan adalah pemisahan partikel zat padat dari fluida (cair atau gas)

    dengan mengalirkan campuran padat fluida (slurry) melalui suatu medium penyaring

    yang berlangsung akibat adanya gaya dorong ( driving force) sehingga dihasilkan zat

    padat, filtrat atau keduanya (filtrat dan padatan).Dalam industri, proses filtrasi dapat

    memisahkan partikel atau padatan dari ukuran partikel yang sangat kecil dalam m

    sampai ukuran partikel yang cukup besar dalam mm.Slurry yang mengalir melalui

    medium filter karena adanya gaya dorong antara lain akibat perbedaan tekanan yang

    melintasi medium tersebut. Oleh karena itu filter dibagi atas filter yang beroperasi pada

    tekanan yang lebih tinggi dari atmmosfir di bagian hulu dan pada tekanan atmosfir yang

    beroperasi dibagian hilir atau beroperasi pada tekanan atmosfir dibagian hulu, sedang

    dibagian hilir pada tekanan vakum.

    Penggunaan proses filtrasi di Industri.

    Proses filtrasi untuk industri proses antara lain:

    - Industri kertas yaitu untuk proses penyaringan pulp.

    - Industry pengolahan air

    - Industry kimia a.l: NaOH,

    BAB V

    FILTRASI

  • 51 Pemisahan Mekanik

    Jenis jenis Proses Filtrasi.

    .

    Proses filtrasi dapat dikelompokkan berdasarkan beberapa criteria.

    Proses filtrasi berdasar jumlah padatan dalam slurry dapat dikelompokkan menjadi dua

    golongan yaitu filter klarifikasi (clarifying filter) dan filter ampas (cake filter ).

    a. Filter klarififikasi 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 kertus (

    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 kertus. Filter

    klarifikasi untuk memisahkan campuran berupa koloid menggunakan Ultra filter

    dengan membrane yang halus.

    b. Filter ampas digunakan untuk memisahkan campuran padatan cair (slurry)

    dengan padatan yang cukup banyak sehingga membentuk ampas dan berfungsi

    sebagai penyarinng. Pada awal proses padatan tertahan oleh mediumfilter dan

    untuk selanjutnya ampas berfungsi sebagai tahanan ampas yang besarnya

    bergantung pada jumlah ampas yang terbentuk.

    5.2 Dasar Teori Filtrasi

    Penurunan tekanan fluida melalui filter ampas (cake filter), perhatikan gambar berikut :

    Medium filter

    Slurry Filtrat V m3/s

    Cs Kg/m3

    dL

  • 52 Pemisahan Mekanik

    L

    Gambar 5.1 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:

    - tebal ampas L (m , ft)

    - volume filtrat V (m3,ft

    3)

    Dengan kecepatan linear filtrat sepanjang arah (yang melalui tebal ampas) tersebut :

    (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.

    Persamaan Poiseuile untuk aliran laminer dalam tabung lurus adalah sebagai berikut:

    =

    (SI unit) ( 1 )

    =

    (British unit)

    P : penurunan tekanan N/m2 (lbt / ft2)

    : kecepatan linear dalam tabung terbuka m/dt (ft/s)

    D : diameter tabung m (ft)

    L : panjang / tebal ampas yg terbentuk selama filtrasi m (ft)

    : viscositas larutan Pa/s kg/m.dt (lbm/ft.s)

    gc : konstanta gravitasi 32,174 lbm ft/lbf. s2

    Persamaan tahanan dalam hamparan partikel menurut Kozeny :

    =

    ( )

    Untuk aliran laminer dalam hamparan partikel (cake) dapat ditunjukkan hubungan dari

    persamaan 1 dan persamaan Kozeny yang dapat digunakan untuk proses-proses filtrasi

    dan dituliskan sebagai berikut:

    =

    ()

    ( 2 )

    k1 = konstanta = untuk partikel secara acak yang dapat diukur dari ukuran dan bentuk

    partikel

    = viskositas filtrat kg/m.dt (lbm/ft.s)

    = kecepatan linear yang melalui luas permukaan filter m/dt (ft/s)

    = porositas cake

  • 53 Pemisahan Mekanik

    L = tebal cake m (ft)

    So = luas permukaan spesifik partikel per volume partikel padatan Sp/Vp

    Pc = penurunan tekanan dalam ampas N/m2 ( lbf/ ft

    2)

    Untuk satuan British : persamaan (2) sebelah kanan dibagi dengan gc

    Pengukuran kecepatan linear yang didasarkan pada luas penampang tanpa cake

    /hamparan adalah sebagai berikut:

    =/

    ( 3 )

    A = luas filter m2 (ft

    2)

    V = volume total filtrat m3 (ft

    3) selama t detik.

    Hubungan volume(V) ,massa (m) dan ketebalan cake (L) merupakan neraca

    massa.

    Neraca massa dapat dituliskan sebagai berikut :

    L . A ( 1 - ) p = Cs (V + LA) ( 4 )

    Cs = banyaknya padatan dalam filtrat

    = kg solid / m3

    filtrat ( lb / ft3 )

    p = density partikel padat dalam cake kg /m3 (lb / ft

    3 )

    Substitusi persamaan 4 untuk mengeliminasi L dengan persamaan (3) dan persamaan

    (2) , maka diperoleh :

    .=

    ( )

    =

    ( 5 )

    = tahanan ampas spesifik m/kg (ft/ lb m)

    = k (1 - ) So2 / 3 p ( 6 )

    Untuk tahanan medium filter dianalogikan dengan persamaan (5) dan dapat ditulis

    sebagai berikut :

    =

    ( 7 )

    Rm = tahanan medium filter (m-1

    ) / ft -1

  • 54 Pemisahan Mekanik

    Pf = penurunan tekanan pada medium filter

    Rm berubah menurut penurunan tekanan dan tingkat kebersihan medium filter. Tapi

    hanya penting pada tahap awal, sehingga nilainya konstan selama filtrasi .

    Bila tahanan ampas dan medium filter tersusun seri, maka persamaan 5 dan 7 dapat

    digabung sebagai berikut:

    =

    +

    ( 8 )

    P = Pc + Pf

    Volume filtrat dapat pula dihubungkan dengan W (berat cake / ampas kering yang

    terkumpul ) dengan hubungan sebagai berikut:

    = . =

    ( 9 )

    Cx = fraksi massa padatan dalam slurry

    m = perbandingan massa ampas basah dan ampas kering

    = densitas filtrat kg/m3 (lbm / ft3 )

    Tahanan Ampas Spesifik

    Pada persamaan 6 tahanan ampas sebagai fungsi fraksi rongga dan So. Dengan

    melakukan percobaan pada tekanan tetap dengan berbagai penurunan tekanan dapat

    diperoleh variasi terhadap P. Jika tidak bergantung P, maka lumpur/padatannya

    tak mampu mampat dan harga = 0. Umumnya meningkat dengan P, karena cake

    pada umumnya mampu mampat meskipun dalam jumlah sedikit. Untuk padatan yang

    sangat mampu mampat, jika semakin naik, maka harga P juga naik.

    Persamaan empirik untuk dan P dapat ditulis sebagai berikut :

    = 0 (P )S ( 10 )

    0 dan s merupakan tetapan empirik

    s = koefisien komprebilitas ampas

    = 0 : lumpur tak mampu mampat

    = 0,1-0,8 : lumpur mampu mampat

    Persamaan Untuk Proses Filtrasi Tekanan Konstan

  • 55 Pemisahan Mekanik

    Persamaan dasar untuk laju filtrasi dalam proses batch, secara umum beroperasi pada

    tekanan konstan, sehingga persamaan 8 dapat ditulis dan disusun sebagai berikut :

    =

    +

    () ( 11 )

    atau

    = . + ( 12 )

    =

    () untuk satuan SI

    =

    untuk satuan British

    =

    () untuk satuan British

    Untuk tekanan konstan dengan konstan dan ampasnya yang bersifat mampu mampat,

    maka yang bervariasi adalah V dan t sehingga persamaan (11) bila diintegrasi di dapat :

    = +

    =

    ( + )

    =

    +

    atau

    =

    + ( 13 )

    Persamaan 13 adalah untuk proses filtrasi pada tekanan tetap dengan melalui medium

    filter dan ampas (cake).

    Persamaan Filtasi Untuk Proses Filtrasi Laju Tetap

    Jika filtratnya mengalir pada laju tetap, kecepatan linear akan tetap, dan dapat

    dinyatakan sebagai berikut :

    =/

    Atau

    . =

    Bila dilakukan integrasi :

    v. A = V/t

    v = V / A t ( 14 )

  • 56 Pemisahan Mekanik

    v = kecepatan linier proses filtrasi

    V = volume filtrat

    Sedang untuk filtrasi yang hanya melalui tahapan ampas:

    =

    A2 ( Pc ) dt = Cs V dV

    Bila dilakukan integrasi maka didapat : Pc .A2 .t = Cs V2/2

    =

    ( 15 )

    Persamaan Filtrasi Kontinu

    Dalam filtrasi kontinu (jenis rotary drum vacuum filter): umpan, filtrat dan ampas

    bergerak pada kecepatan tetap dan stedi.

    Untuk setiap tahap proses pada permukaan filter kondisi sebenarnya adalah bukan

    stedi, tapi transien.

    Perhatikan proses filtrasi kontinu ppermukaan filter sejak rotary drum filter masuk ke

    dalam bak slurry sampai akhir proses; terdiri dari beberapa langkah sebagai berikut :

    a. pembentukan ampas

    b. pencucian dan pengeringan

    c. pelepasan cake dan

    d. tahapan kosong

    Untuk rotary drum filter dengan vakum di bagian tengahnya, sehingga cairan filtrate

    akan mengalir masuk ke bagian tengah drum dengan menembus medium filter dan

    support sambil meninggalkan padatan cake di permukaan medium filter. Cake yang

    menempel akan dilepaskan oleh pisau (knife) dan dikumpulkan dalam penampung cake,

    sementara itu filtrate mengalir keluar dari bagian poros drum dan dialirkan ke tangki

    filtrat oleh sebuah pompa. Dalam filtrasi kontinu, tahanan medium filter dapat diabaikan

    dibandingkan tahanan ampas, sehingga harga B (yang mengandung besaran Rm) 0.

    Dari persamaan filtrasi untuk tekanan tetap dengan B = 0 adalah sebagai berikut:

    = . +

    jika B = 0

  • 57 Pemisahan Mekanik

    = Bila diintegrasi :

    =

    =

    ( 16 )

    Waktu t adalah waktu yang diperlukan membentuk cake. Sedang untuk rotary drum

    filter waktu proses untuk satu putaran adalah tc yang merupakan waktu siklus.

    Jika bagian yang tercelup slury adalah f dengan membentuk cake seluas A, dan luas

    total drum At serta berputar dengan kecepatan putar n, maka besar f (fraksi bagian yang

    tercelup slury) adalah:

    f = A/At atau f = t/tc atau f = t.n

    Persamaan rotary drum filter untuk flow rate pengumpulan filtrate dengan subsitusi

    harga Kp pada persamaan 16 dan t= f. tc, sehingga didapat :

    .=

    ..

    ,

    ( 17 )

    =

    .=

    ..

    ,

    =

    .

    . (

    )

    Jika disusun ulang untuk membentuk persamaan yang sederhana ,sehingga persamaan

    menjadi :

    =

    ( 18 )

    Dimana : Z = 2.f. P/.Cs

    Pada umumnya laju filtrat berubah dengan semakin tebalnya ampas yang terbentuk.

    Hal itu hanya berlaku untuk ampas yang terbentuk cukup tebal dan dalam siklus waktu

    yang panjang.

    Pada siklus waktu yang pendek, hal tersebut harus memperhatikan adanya tahanan

    medium filter sehingga faktor B harus tetap diperhitungkan.

    Rumus yang berlaku :

    = . =

    + .

  • 58 Pemisahan Mekanik

    Dan persamaan flow rate filtrat menjadi:

    . =

    +

    ..

    . ,

    ( 19 )

    Pencucian Ampas Setelah Proses Filtrasi

    Perhitungan laju pencucian dengan asumsi bahwa selama proses pencucian kondisi

    struktur ampas tidak berpengaruh. Sehingga dianggap berupa ampas dan laju filtrasi

    dianggap laju pencucian.

    Selama pencucian hubungan konsentrasi terhadap waktu digambarkan sebagai berikut:

    a b

    c d

    waktu (detik)

    Gambar 5.2 Hubungan konsentrasi terhadap waktu pencucian

    a-b : filtrat yang tertinggal dalam filter, disebut displacement washing. volume zat cair

    pencuci = volume filtrat dalam ampas = . A. L

    b-c : penurunan yang cepat dari konsentrasi zat cair

    c-d : zat terlarut dalam zat cair buangan kecil

  • 59 Pemisahan Mekanik

    Soal latihan.

    1. Proses filtrasi slury CaCO3 merupakan campuran CaCO3 dan H2O pada beda

    tekanan tetap sebesar 6,7 lbf/in2 menghasilkan filtrat seperti pada tabel segagai

    berikut:

    Vol.filtrat

    V (liter)

    0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

    Waktu

    t (s)

    17,3 41,3 72,0 108,3 152,1 201,7

    Luas total filter 440 cm2, konsentrasi slury adalah 23,5 g/l pada suhu 25C. Dari

    data tersebut hitung tahanan ampas (ft/lb) dan medium filter Rm( ft-1

    ).

    Gunakan data densitas dan viskositas air pada 25C.

    Latihan Filtrasi Kontinu.

    Slurry berupa limbah tekstil merupakan campuran partikel pewarna dan H2O difiltrasi

    dengan rotary drum filter pada P = 15 lbf/in2 dan temperature 25C. Rasio ampas

    basah terhadap ampas kering sebesar 1,59 dan perbandingan zat padat dalam slurry (Cx)

    =0,13.Fraksi pembentukan ampas sebesar 30% dengan waktu putar drum untuk tiap

    siklus 10 menit.Tentukan luas permukaan filter pada proses tersebut, jika tahanan ampas

    = 2,90 x 1010 ft/lb.

    Hasil percobaan berupa data sebagai berikut:

    Waktu

    (s)

    0 50 180 350 600 850 1000 1400

    Berat

    cake(lb)

    0 5 10 15 20 25 30 35

  • 60 Pemisahan Mekanik

    Tujuan Pembelajaran Umum

    1. Mahasiswa mampu menjelaskan pemisahan bahan padat dan cair dalam

    suspensi dengan bantuan gaya sentrifugal

    2. Mahasiswa mampu menjelaskan pemisahan bahan padat dan gas dalam

    campuran padat-gas dengan bantuan gaya sentrifugal

    Tujuan Pembelajaran Khusus

    1. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan pemisahan bahan padat dan

    cair dalam suspensi dengan bantuan gaya sentrifugal

    2. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan pemisahan bahan padat dan

    gas dalam campuran padat-gas dengan bantuan gaya sentrifugal

    6.1 Pendahuluan

    Pengertian Sentrifugasi

    Pemisahan sentrifugasi untuk campuran padat-cair, padat-gas, cair-cair yang berbeda

    berat jenis dan dalam operasinya dipengaruhi adanya percepatan sentripetal, yang

    disebabkan adanya gaya sentrifugal menuju ke pusat sumbu putar.

    Kegunaan mesin sentrifugal :

    - untuk pemisahan padat-cair , padat-gas, cair -cair

    - untuk pemisahan cairan yang tidak saling larut dengan density yg berbeda: emulsi

    santan, emulsi susu.

    - untuk pemisahan makro molekul : virus, spesies-spesies molekuler yang berbeda

    ukuran

    Proses pemisahan padat-cair / padat-gas yang menggunakan proses sentrifugasi

    antara lain:

    Pengendapan Sentrifugal (Centrifugal Sedimentation)

    Filtrasi Sentrifugal (Centrifugal Filtration)

    Pemisahan Dengan Cyclone

    BAB VI

    PEMISAHAN DENGAN GAYA SENTRIFUGAL

  • 61 Pemisahan Mekanik

    6.2 Dasar Teori Pemisahan Dengan Gaya Sentrifugal

    Gambaran Pemisahan Dengan Gaya Sentrifugal :

    Gambar 6.1 Pemisahan sentrifugal

    Pada gambar-gambar tersebut, terjadi gaya sentrifugal dan mempunyai percepatan

    sentrifugal, yaitu :

    ac = r 2 ( 1 )

    ac = percepatan sentrifugal (m/dt2 )

    r = jarak radial dari pusat putaran (m)

    = kecepatan putar ( rad/det)

    sedang gaya sentrifugal Fc yang timbul dari partikel-partikel tersebut adalah :

    Fc = m .ac = m.r. 2 SI ( 2 )

    Fc = m.r. 2/gc British

    dimana : Fc = gaya sentrifugal , Newton (N)

    m = massa partikel , gram, kg, lb.

    Bila = /r dan = kecepatan tangensial partikel, sehingga gaya sentrifugal dapat juga

    ditulis :

    Fc = m.r. (/r)2 = m.2/r ( 3 )

  • 62 Pemisahan Mekanik

    Bila kecepatan putaran dinyatakan dalam sejumlah N putaran per menit. ( N rpm), maka

    kecepatan putar dapat ditulis sebagai berikut:

    = 2 N / 60 ( 4 )

    N = 60 / 2 r ( 5 )

    Substitusi persamaan 4 ke persamaan 2, maka diperoleh gaya sentrifugal :

    Fc = 0,01097 m. r. N2 satuan SI ( Newton)

    atau

    Fc = 0,000341 m.r.N2 satuan British ( lbf)

    Pengendapan Sentrifugasi.

    Jenis Peralatan pengendapan sentrifugasi.

    a. Tubular Bowl Sentrifugasi

    Sentrifugasi jenis ini banyak digunakan untuk memisahkan dua fase liquid yang

    berbeda, yaitu Liquid fase ringan (L) dan Liquid fase berat (H) dan pemisahan

    campuran padatan cairan.

    Gambar 6.2 Skematis Tubular Bowl Sentrifugal

  • 63 Pemisahan Mekanik

    Tubular Bowl sentrifugal mempunyai tinggi mangkok b , jari-jari r2 dan mempunyai

    permukaan cairan dengan jarak r1 dari pusat sumbu. Umpan berupa campuran

    padatan/partikel dan liquid masuk dengan asumsi liquid bergerak ke atas pada

    kecepatan yang merata dan partikel pada campuran tersebut bergerak secara radial

    dengan kecepatan pengendapan terminal (t). Untuk partikel tertentu ada yang mulai

    mengendap pada dasar mangkok dengan jarak rA dari pusat sumbu putar . Untuk proses

    pengendapan sentrifugasi terbatas dengan waktu pemisahan, jika partikel yang berada

    pada posisi jarak rB dari sumbu rotasi akan keluar bersama zat cair (rB

  • 64 Pemisahan Mekanik

    Volume mangkok = . b. (r22

    - r12 ) sehingga waktu tinggal :

    = (

    )

    ( 9 )

    Bila waktu tinggal di substitusi ke persamaan 8, maka didapat laju volumetrik

    pengendapan sentrifugal dengan persamaan sebagai ber:ikut :

    = ( )

    (

    )

    ( / ) ( 10 )

    Untuk partikel yang mempunyai diameter kritis Dpc dan akan mengendap pada jarak

    ditengah antara r1 dan r2 ,dengan demikian jarak yang dicapai partikel sampai dinding

    mangkok rB = r2 dan mengendap pada rA = (r1 + r2 ) / 2 , sehingga persamaan

    volumetric pengendapan adalah :

    = ( )

    (

    )

    (

    +) ( 11 )

    qc adalah laju aliran volumetric yang berhubungan dengan diameter kritis partikel.

    Contoh soal.

    Larutan viscous glycol mengandung partikel yang mempunyai densitas p =

    1461kg/m3dipisahkan dengan pengendapan sentrifugasi.Sifat fluida mempunyai

    densitas = 801 kg/m3 dan viskositas 100 cp. Peralatan sentrifugasi berbentuk mangkuk

    dengan dimensi r2= 0,02225m,tinggi mangkuk= 0,1970 m dan jarak cairan dari pusat

    sumbu mangkuk (r1)= 0,00716m.

    Pengendapan sentrifugasi tersebut beroperasi dengan jumlah putaran 23000 rpm dan

    mempunyai laju pengendapan alir volume q= 2,832 x 10-3

    m3/h. Dari data tersebut

    tentukan :

    - Kecepatan putar dan volume mangkuk.

    - Laju volumetric kritris qc m3/s

    - Diameter kritis partikel dpcm.

  • 65 Pemisahan Mekanik

    b. Disk Bowl Sentrifugal

    Centrifuge jenis ini juga digunakan untuk memisahkan campuran liquid-liquid dengan

    densitas fase ringan (L) dan densitas fase berat (H). Sering kali digunakan untuk

    memisahkan cairan latex, suspensi, dan cairan minyak pelumas

    Gambar 6.3 Skematis Disk Bowl Centrifugal

    Alat ini terdiri dari tumpukan beberapa disk berbentuk mangkuk dengan diameter

    mangkuk 200 500 mm yang berputar pada sumbu vertical.Mangkuk tersebut datar

    pada bagian dasar dan berbentuk kerucut bagian atas. Umpan masuk dari atas melalui

    suatu pipa stasioner ke dalam leher mangkok. Dalam mangkok tersebut jika diputar

    maka beberapa disk yang tersusun dengan jarak yang kecil juga berputar. Pada tiap disk

    terdapat lubang berpasangan pada jarak ditengah antara poros dan dinding mangkuk.

    Lubang-lubang tersebut membentuk saluran untuk dilewati zat cair. Dalam operasinya

    zat cair dari umpan masuk ke dalam mangkuk dari bawah, lalu mengalir ke atas melalui

    saluran melewati tumpukan disk, sehingga zat cair dengan densitas berat akan terpisah

    pada sisi luar sedang zat cair dengan densitas ringan akan terdorong kea rah tengah

    mangkuk. Akhirnya cairan ringan terkumpul dan keluar pada saluran bagian atas dan

    cairan berat akan mengalir pada saluran bagian bawah.

  • 66 Pemisahan Mekanik

    6.3 Filtrasi Sentrifugal.

    Gambar proses filtrasi sentrifugal setelah ampas terbentuk secara skematis sebagai

    berikut:

    Gambar 6.4 Proses filtrasi sentrifugal

    Persamaan untuk filtrasi sentrifugal dapat menggunakan persamaan filtrasi tekanan

    tetap dengan asumsi pengaruh gravitasi dan perubahan energy kinetik di dalam zat cair

    kurang signifikan sehingga dapat diabaikan. Penurunan tekanan yang terjadi dari

    gerakan sentrifugal merupakan driving force yang dapat mengalirkan slurry sehingga

    zat cair mengalir melalui ampas secara laminar. Pada saat awal proses aliran slurry luas

    filter (A) tidak berubah dengan jari jari karena ampas yang terbentuk sangat tipis

    sehingga luas filter dianggap sama dengan luas permukaan dalam mesin sentrifugal

    yang mempunyai jari- jari r. Aliran filtrat yang laminer melalui luas filter A mempunyai

    kecepatan linier dan dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

    =/

    =

    ( 12 )

    q= laju volumetric filtrat (m3/ s)

    Persamaan untuk filtrasi tekanan tetap yang melalui ampas dan medium filter yang telah

    kita ketahui adalah :

    =

    ( .

    +)

    ( 13 )

  • 67 Pemisahan Mekanik

    Jika dV/ A.dt = q/A di subsitusi ke persamaan filtrasi tekanan tetap, maka persamaan 12

    menjadi :

    =

    ( . .

    +)

    ( 14 )

    Jika dinyatakan dalam hubungan perubahan tekanan sebagai berikut :

    = .

    ( 15 )

    Ingat massa padatan dalam slurry adalah mc = Cs V . , sehingga persamaan diatas dapat

    ditulis sebagai berikut :

    = (

    +

    ) ( 16 )

    Persamaan dasar penurunan tekanan untuk zat cair adalah :

    dp = .g. dz. ( 17 )

    Untuk gaya sentrifugal percepatan gravitasi g= ac=r 2 dan ketinggian zat cair dz = dr,

    maka persamaan penurunan tekanan dapat ditulis sebagai berikut:

    dp = . r . 2 dr ( 18 )

    Pada proses filtrasi sentrifugal beda tekanan yang terjadi pada jarak r1 dan r2 dengan

    melakukan integrasi persamaan 17 , maka diperoleh :

    = (

    )

    ( 19 )

    Substitusi P pada persamaan 15 dan persamaan 18 , maka didapat laju volumetrik

    sebagai berikut :

    = (

    )

    +