Peralatan Proses Filtrasi Konvensional

Peralatan Proses Filtrasi Konvensional

Oleh : Rahmawati Dwi Utami / 12915 / 18

 Peralatan untuk proses filtrasi konvensional sangat bervariasi, dari conventional plate and frame filter press sampai jenis rotary vacuum filters. Tipe plate and frame filter press yang paling umum disajikan pada Gambar 1a. Plate and frame filter press jenis ini yang diaplikasikan di Industri umumnya terdiri atas tujuh bagian medium filter dari logam yang saling menutupi secara renggang dan tempat yang cukup untuk menampung cake sampai filtrasi selesai. Tipe lain memiliki pelat yang saling sejajar sehingga dapat digunakan dengan medium filter berupa penyaring kertas atau kain secara  terpisah dari alat utama. Medium filter dapat dimasukkan pada peralatan filtrasi dengan membuka frame yaitu tempat  cake terbentuk. Tipe peralatan filtrasi jenis ini digunakan jika cake yang akan terbentuk relatif kering. Alat ini tidak dapat digunakan untuk bahan-bahan yang beracun dan berbahaya. Jenis ini dapat digunakan untuk mengolah bahan aerosol ataupun yang berbahaya dan beracun. Peralatan-peralatan ini masih dalam pengembangan yang serius, sehingga umumnya digunakan pada skala kecil terutama pada laboratorium.

 Jenis  horizontal plate filter digunakan pada operasi pemisahan skala kecil. Filtrasi terjadi hanya pada bagian atas setiap pelat yaitu di bagian bawah cake, walaupun diterapkan operasi yang terputus-putus, cake yang terbentuk akan terus terakumulasi pada filter.  Struktur badan filter dapat dibongkar pasang untuk dibersihkan. Filter medium pun ditambahkan di luar perangkat alat filtrasi yang terlah terinstalasi sempurna. Variasi lain jenis ini adalah menerapkan pengambilan cake dengan lubang kecil seperti valve yang difungsikan sebagai pengendali ketebalan  cake  pada medium filter; atau variasi lain berupa  cake  yang dapat diambil dengan memutar-mutar bagian samping badan alat filtrasi.

Vertical leaf filter press, jenis ini hanya membutuhkan area yang sempit untuk menempatkannya, tetapi ruang harus cukup tinggi untuk membongkar badan alat filtrasi yang tinggi tersebut saat mengambil  cake. Jenis ini memiliki area filtrasi yang cukup luas per volumenya.

Tipe alat filtrasi  tubes on the candle. Alat ini tergantung pada tabung-tabung yang fungsinya mirip tali penarik. Cake terbentuk pada bagian luar alat filtrasi itu dan filtrat mengalir melalui  cake  yang terakumulasi menuju bagian atas untuk dibuang. Peralatan ini dibersihkan dengan cara backwash.

Jenis lain adalah rotary vacuum filter. Jenis ini paling banyak digunakan pada skala besar di industri kimia karena dapat menangani padatan yang sulit difilter, dan banyak dilengkapi sarana otomatis sehingga tenaga manual yang dibutuhkan tidak banyak. Desain rotary vacuum filter juga sangat bervariasi. Filter ini dilengkapi drum yang terus berputar. Tekanan di luar drum adalah tekanan atmosferik, tetapi di dalam drum mendekati vakum. Drum ini dimasukkan ke dalam cairan yang mengandung suspensi padatan yang akan difilter, lalu drum diputar dengan kecepatan rendah selama operasi. Cairan tertarik melewati filter cloth karena tekanan vakum, sedangkan padatan akan tertinggal di permukaan luar drum membentuk  cake.  Jika  cake  akan diambil dari drum, putaran drum dihentikan, drum dikeluarkan dari fasa cair, cake dicuci, dikeringkan, dan kemudian diambil. Pengambilan padatan dari drum dilakukan dengan sejenis pisau yang juga bermcam-macam jenis dan disainnya bergantung jenis cake. 

Filtrasi Cake

Medium filter pada filtrasi  cake relatif tipis dibandingkan dengan filter klarifikasi. Pada awal filtrasi sebagian partikel padat masuk ke dalam pori medium dan tidak dapat bergerak lagi, tetapi segera setelah itu bahan terkumpul lagi pada permukaan septum/medium penyaringnya. Setelah tahap awal yang berlangsung beberapa menit tersebut zat padat  cake tersebut berfungsi sebagai medium filtrasi, bukan septum lagi. Cake  tersebut terakumulasi sampai ketebalan tertentu pada permukaan dan sewaktuwaktu harus dibersihkan. Filter  cake  biasanya bekerja dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfer pada bagian hulu atau vakum pada sisi hilir. Filter ini dapat beroperasi kontinu dapat pula secara batch. Namun karena sulitnya mengeluarkan zat padat melawan tekanan positif , umumnya filter diopersikan secara batch.

Medium Filter

 Septum atau medium penyaring pada setiap filter harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

1.    harus dapat menahan zat padat yang akan disaring dan menghasilkan filtrat yang cukup jernih

2.    tidak mudah tersumbat 

3.    harus tahan secara kimiawi dan kuat secara fisik dalam kondisi proses

4.    harus memungkinkan penumpukan  cake  dan pengeluaran  cake secara total dan bersih

5.    tidak mahal.

Dalam industri medium filter yang banyak dipakai adalah kain kanvas. Masing-masing jenis kanvas dengan ketebalan dan pola anyaman tertentu juga memiliki kegunaan tertentu. Untuk zat cair yang bersifat korosi digunakan medium filter seperti kain wol, tenunan logam monel atau baja tahan karat,  tenunan gelas, atau kertas. Kain sintesis seperti nilon, polipropilena, dacron juga tahan secara kimia.

 Bahan Aditif untuk Proses Filtrasi

 Zat padat yang lembek atau sangat halus, yang membentuk cake yang rapat dan impermeabel akan segera menyumbat medium filtrasi yang cukup halus untuk menahannya. Untuk menyaring bahan padat seperti itu porositas cake harus ditingkatkan Bahan Aditif untuk Proses Filtrasi. agar cairan tersebut dapat lewat dengan  laju yang cukup. Hal ini dilakukan dengan menambah bahan aditif filtrasi (filter aid) seeprti tanah diatom, silika, perlit, selulosa kayu yang dimurnikan, atau bahan-bahan padat lain yang tidak bereaksi. Penambahan itu dilakukan terhadap slurry  umpan sebelum dilakukan filtrasi. Dalam filter batch lapisan filter aid  biasanya tipis, sedangkan pada filter kontinu lapisan ini biasanya tebal dan bagian atasnya terkikis bersama zat padat yang tertahan filter oleh pisau kikis, sehingga menghasilkan permukaan filtrasi yang baru. Penggunaan lapisan pendahuluan ini biasanya dapat mencegah tersumbatnya medium filter sehingga dihasilkan filtrat yang jernih. 

.Filter Batch Berdasarkan Tekanan

 Filter tekanan dapat memberikan perbedaan tekanan yang cukup besar melintas septum sehingga menghasilkan filtrasi yang cukup cepat dengan zat cair viskos atau zat padat halus. Filter tekanan yang umum adalah filter press dan shell-and-leaf filter.

Filter Press

Filter ini terdiri dari seperangkat lempengan yang dirancang untuk memberi 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 frame  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.

Shell-and-leaf Filter

Shell-and-leaf Filter memiliki beberapa keuntungan, antara lain:

1. dapat digunakan untuk proses filtrasi tekanan tinggi 

2. tenaga manusia yang diperlukan sedikit

3. hasil pencucian cake lebih efektif

Salah satu model  Shell-and-leaf Filter  adalah tangki horisontal s. Seperangkat lempengan disusun  pada suatu rak yang dapat ditarik keluar. Pada waktu operasi, lempengan-lempengan itu terletak di dalam selongsong yang tertutup. Umpan masuk melalui sisi tangkai, filtrat lewat melalui daun dan keluar melalui sistem pipa pembuangan. 

Press Filter Continue

Filter ini biasanya memerlukan banyak tenaga manusia untuk operasinya. Untuk mengatasinya digunakan tekanan vakum. Namun filter vakum juga terkadang kurang ekonomis pada zat padat yang sangat halus, tekanan uap zat cair tinggi, viskositas lebih dari 1 cP, atau bila zat cair berupa larutan jenuh yang akan mengkristal.

 Daftar Pustaka

1. Larian, M.G., Fundamentals of Chemical Engineering Operations, Prentice Hall Inc., 1958, pp. 585

2. Geankoplis, C.j.,  Transport Process and Unit Operations,  2^nd Edition, Allyn and Bacon Inc., Boston, 1993

3. Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 5^rd Edition, McGraw-Hill Book Co., Singapore, 1993, pp. 309-369.