modul proses pemurnian
Post on 20-Jan-2016
85 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
PROSES PEMURIA
PEDAHULUA
Latar Belakang Masalah
Teknologi membran telah tumbuh dan berkembang secara dinamis sejak pertama
kali dikomersilkan Sartorius-Werke di Jerman pada tahun 1927. Pengembangan dan
aplikasi teknologi ini semakin beragam dan penemuan-penemuan baru pun semakin banyak
dipublikasikan. Teknologi membran pada akhirnya menjadi salah satu teknologi alternatif
yang paling kompetitif saat ini dan telah memberikan beragam solusi bagi manusia dalam
pemenuhan kebutuhan sehari-hari.
Membran ultrafiltrasi dan reverse osmosis merupakan beberapa jenis dari teknologi
membran yang memiliki spesifikasi ukuran membran berturut-turut, 0.001-0.1 µm dan
0,0001-0,001 µm. Secara umum ultrafiltrasi diaplikasikan dalam proses pemisahan unsur-
unsur partikulat dari larutannya dengan memanfaatkan beda tekan dalam proses kerjanya.
Untuk membran reverse osmosis digunakan untuk memisahkan zat terlarut berukuran
kecil(<10-4 µm sampai 10-2 µm) dengan prinsip perbedaan konsentrasi dalam proses
kerjanya.
Secara umum, ultrafiltrasi diaplikasikan dalam proses pemisahan unsur-unsur
partikulat, makromolekul (fraksionasi), koloid, dan polimer organik maupun anorganik dari
larutannya. Aplikasi proses ultrafiltrasi di industri di antaranya adalah untuk proses
sterilisasi obat-obatan dan produksi minuman, klarifikasi ekstrak juice, pemrosesan air
ultramurni pada industri semi konduktor, metal recovery, dan sebagainya. Sedangkan
membran reverse osmosis sendiri sudah banyak diterapkan pada berbagai industri
pengolahan misalnya desalinisasi air laut dan demineralisasi air.
Pada proses pemurnian harus diperhatikan kondisi operasi yang optimal agar
membran dapat memurnikan suatu cairan secara optimal yang ditunjukkan oleh parameter
berupa fluks, permeabilitasm dan faktor rejeksi dari membran.
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Tinjauan Pustaka
Pemisahan dengan membran (membrane separation) merupakan suatu teknik pemisahan
campuran 2 atau lebih komponen tanpa menggunakan panas. Pada membran filtrasi komponen-
komponen akan terpisah berdasarkan ukuran dengan bantuan gaya dorong (driving force). Gaya
dorong dapat berupa gradien tekanan, konsentrasi, potensial listrik atau temperatur.
Gaya Dorong untuk Berbagai Proses Membran
Proses Membran Gaya Dorong
Mikrofiltrasi
Ultrafiltrasi
Hiperfiltrasi
Piezodialisa
Pemisahan gas
Dialisis
Osmosis
Pervaporasi
Elektrodialisis
Termo osmosis
Membran distilasi
Tekanan
Tekanan
Tekanan
Tekanan
Tekanan
Konsentrasi
Konsentrasi
Tekanan
Potensial listrik
Temperatur / Tekanan
Temperatur / Tekanan
Teknologi membran terus berkembang karena memiliki beberapa keistimewaan dan
cocok bagi industri. Kelebihan teknologi membran antara lain :
• Pemisahan dapat berlangsung secara kontinu
• Kebutuhan energi relatif rendah
• Mudah dikombinasikan dengan proses pemisahan lain/hybrid processes
• Sifat membran merupakan variabel yang dapat diatur
• Tidak memerlukan bahan aditif
• Luas membran mudah diatur
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
• Pemisahan dapat dilakukan melalui kondisi tunak
• Dapat diarahkan menjadi clean technology dan cleaning technology
Klasifikasi Membran Filtrasi
Berdasarkan ukuran pori dari membran filtrasi, dan berdasarkan ukuran zat yang ingin
dipisahkan membran dibagi menjadi membran mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF), Nanofiltrasi
(NF) dan reverse osmosis (RO). Penggunaan
membran dapat dilihat dari skema berikut:
Skema Membran Filtrasi
Berdasarkan lapisan aktif, membran dapat dibagi menjadi membran datar (flate) dan
membran turbular. Perbedaan membran tersebut dapat dilihat sebagai berikut:
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Perbandingan Membran Datar dan Turbular
FLAT TURBULAR
Lapisan aktif datar Lapisan aktif pada pemukaan dalam/
luar tube
Luas per volume kecil Luas per volume besar
Digunakan pada flate-and-plate module
dan spiral-wound module
Biasa digunakan dengan diamater
>10mm
Salah satu contoh dari flate membrane adalah spiral wound module. Skema dari spiral
wound adalah sebagai berikut:
Skema Spiral Wound Module
Kelebihan dari spiral wound membrane adalah packing density yang tinggi dan harga yang reltif
lebih murah. Tetapi kekurangan dari membran ini adalah menyebabkan pressure drop yang
tinggi dan susah untuk dibersihkan.
Salah satu contoh membran turbular adalah hollow fiber module. Skema dari membran
ini adalah sebagai berikut:
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Skema Hollow Fiber Module
Kinerja Membran Filtrasi
Kinerja membran dapat dilihat dari dua parameter yaitu aliran melalui membran (fluks)
dan selektifitas. Fluks merupakan perbandingan antara volume dengan luas dan waktu. Untuk
proses filtrasi dengan membran yang menggunakan beda tekan sebagai driving force, fluk
merupakan fungsi dari beda tekan dan konstanta permeabilitas yang dapat dinyatakan dengan
persamaan:
J K P= ×∆
Konstanta permeabilitas merupakan konstanta yang menyatakan kemampuan membran
untuk melewatkan aqua dm. Sejalan dengan waktu, permeabilitas membran akan berkurang. Hal
ini disebabkan oleh pembentukan fouling. Fouling merupakan proses dimana zat terlarut atau
partikel terdeposisi pada permukaan membran atau pada pori membran sehingga terjadi
penurunan kinerja membran. Foaling dapat disebabakan oleh zat koloid, biologis, organik, dan
mineral. Untuk meningkatkan kembali kinerja membran, membran dapat dibersihkan dengan
secara hidrolik (back wash dengan aqua dm), kimiawi, mekanik dan juga dengan menggunakan
listrik.
Selektifitas membran ditentukan oleh dua parameter yaitu faktor rejeksi (R) dan faktor
pemisahan (α). Persen rejeksi adalah persen dari konsentrasi yang terpisahkan dari umpan
(feedwater) oleh membran. Secara matematis persen rejeksi dinyatakan oleh persamaan:
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
� = 1 −��
��
Cf = konsentrasi zat terlarut dalam umpan
Cp= konsentrasi zat terlarut dalam permeat
R bernilai 100% (retensi total dari zat terlarut) yang berarti ideal semipermeabel
membran dan 0% yang berati pelarut dan zat terlarut bebas melewati membran.
Membran Ultrafiltrasi
Membran ultrafiltrasi adalah proses pemisahan yang menahan komponen dengan berat
molekul tinggi (protein, makro molekul, polisakarida) sedangkan melewatkan komponen
berberat molekul rendah. Proses pemisahan dalam modul ultrafiltrasi terjadi secara cross flow
dimana umpan mengalir secara tangensial sepanjang permukaan membran.
Membran ultrafiltrasi dapat digolongkan berpori, namun strukturnya lebih asimetris
dibandingkan membran mikrofiltrasi. Membran ultrafiltrasi memiliki ukuran pori lapisan teratas
20 – 1000 Å, ketebalan 0,1 – 1,0 µm, dan bekerja pada tekanan 1 – 10 bar. Proses ultrafiltrasi
biasanya digunakan untuk memisahkan partikel dengan ukuran berkisar antara 0,05 µm – 1 nm.
Membran ultrafiltrasi dapat menghasilkan fluks yang sangat tinggi, namun pada umumnya
membran ini hanya digunakan untuk menghasilkan fluks antara 50-200 galon per hari dengan
tekanan operasi sekitar 50 psig.
Membran ultrafiltrasi dapat berbentuk plate and frame, spiral-wound, dan tubular. Setiap
konfigurasi memiliki aplikasinya masing-masing. Untuk air dengan kemurnian tinggi, spiral-
wound lebih umum untuk digunakan. Konfigurasi dipilih berdasarkan jenis dan konsentrasi dari
material berkoloid atau emulsi. Untuk semua konfigurasi, desain sistem yang optimum harus
memperhatikan laju alir, hilang tekan, konsumsi energi, fouling, dan juga harga membran itu
sendiri.
Kebanyakan membran ultrafiltrasi komersial terbuat dari polimer yaitu :
• Polysulfone / poly(ether)sulfone / sulfonated polysulfone
• Poly(vinylidene fluoride)
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
• Polyacrilonitril
• Cellulosics
• Aliphatic polyamides
• Polyetheretherketone
Selain dari polimer, membran ultrafiltrai juga dapat terbuat dari bahan anorganik seperti
keramik, Al2O3, dan zirconia.
Membran Reverse Osmosis
Membran reverse osmosis adalah membrane yang paling rapat dalam proses pemisahan
cair-cair. Pada prinsipnya air adalah satu-satunya material yang dapat melewati membrane
sehingga membrane ini merejeksi partikel berberat molekul tinggi dan rendah.
Osmosis merupakan proses dimana pelarut pindah dari larutan berkonsentrasi rendah
menuju larutan berkonsentrasi tinggi. Untuk mendapatkan proses reverse osmosis (RO),
diperlukan adanya peningkatan tekanan pada bagian dengan konsentrasi pekat menjadi melebihi
bagian dengan konsentrasi yang lebih encer. Gaya per unit luas yang dibutuhkan untuk
mencegah mengalirnya pelarut melalui membran permeabel selektif dan masuk ke larutan
dengan konsentrasi yang lebih pekat sebanding dengan tekanan turgor. Tekanan osmotik
merupakan sifat koligatif, yang berarti bahwa sifat ini bergantung pada konsentrasi zat terlarut,
dan bukan pada sifat zat terlarut itu sendiri. Perbandingan antara proses osmosis dan reverse
osmosis dapat dilhat dari gambar berikut:
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Skema Proses Osmosis
Skema Proses Reverse Osmosis
Membrane RO memiliki pori-pori dengan ukuran kurang dari 0,02 µm dengan ketebalan
150µm. Membrane ini dioperasikan pada tekanan 15-150 atm. membrane RO biasa digunakan
dalam permunian air dari kandungan garam maupun pengolahan limbah industry tekstil.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Pemisahan
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kinerja membran adalah sebagai berikut:
• Laju Umpan
Laju permeat meningkat dengan semakin tingginya laju alir umpan. Selain itu,
laju alir yang besar juga akan mencegah terjadinya fouling pada membran. Namun
energi yang dibutuhkan untuk mengalirkan umpan akan semakin besar.
• Tekanan Operasi
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Laju permeat secara langsung sebanding dengan tekanan operasi yang digunakan
terhadap permukaan membran. Semakin tinggi tekanan operasi, maka permeat juga
akan semakin tinggi.
• Temperatur operasi
Laju permeat akan meningkat seiring dengan peningkatan temperatur. Namun
temperatur bukanlah variabel yang dikontrol. Hal ini perlu diketahui untuk dapat
mencegah terjadinya penurunan fluks yang dihasilkan karena penurunan temperatur
operasi.
Rumusan Masalah
Masalah yang akan diamati dalam percobaan ini adalah pengaruh perbedaan tekanan
terhadap fluks pada membran ultrafiltrasi menggunakan air sungai cikapundung dan reverse
osmosis menggunakan larutan glukosa 5% w/v. Selain itu juga diamati permeabilitas ke dua
membran yang dihitung tiap beda tekan (0.1-0.8 bar) tiap menit pada membrane UF dan beda
tekan (3-4.4 bar) tiap menit pada membrane RO, serta faktor rejeksi tiap run pada masing-masing
membran.
Tujuan Percobaan
Tujuan pada percobaan proses pemurnian dengan menggunakan membran ini adalah :
1. Memahami prinsip-prinsip dasar dalam proses pemisahan dengan membran.
2. Memahami parameter kinerja membran dalam proses pemurnian.
Sasaran Percobaan
Adapun sasaran yang ingin dicapai pada percobaan ini adalah :
1. Praktik memahami kinerja membran berdasarkan proses filtrasi
2. Praktikan mampu menghitung konstanta permeabilitas membran
3. Praktikan dapat mengamati karakteristik penurunan fluks pada membran
4. Praktikan menghitung faktor rejeksi pada membran
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
PELAKSAAA PERCOBAA
Perangkat dan Alat Ukur
Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah :
a. dua set peralatan praktikum modul proses pemurnian
b. pompa peristaltik
c. gelas kimia atau ember (jumlah sesuai kebutuhan)
d. gelas ukur 500 ml
e. gelas ukur 250 ml
f. gelas ukur 25 ml
g. stopwatch
h. pipet tetes
i. cawan penguapan
j. timbangan
k. kertas saring
l. oven
m. refraktometer
Skema alat:
Gambar 3.1 Skema peralatan untuk proses ultrafiltrasi
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIPROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
Gambar 3.2
Bahan
Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
a. aqua DM
b. air sungai Cikapundung
c. Larutan glukosa 4% w/v
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK
Gambar 3.2 Skema peralatan untuk proses RO
Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
air sungai Cikapundung
4% w/v
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Skema peralatan untuk proses RO
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Prosedur Kerja
Prosedur Pengoperasi Membran
Membran UF
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Membran RO
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Prosedur
Pencucian
Membran
UF
RO
Mulai
Isi tangki dengan
aqua DM
Atur konfigurasi
membran dalam
setting backwash
Nyalakan pompa.
Atur takanan
pompa menjadi
0.8 bar
Back wash
membran selama
1 menit
Matikan alat dan
pastikan membran
selalu terendam
cairan.
Selesai
Mulai
Isi tangki dengan
aqua DM
Atur konfigurasi
membran dalam
setting backwash
Nyalakan pompa.
Atur takanan
pompa menjadi
0.8 bar
Back wash
membran selama
1 menit
Matikan alat dan
pastikan membran
selalu terendam
cairan.
Selesai
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Telp. 022-2500989
Faks. 022.2501438
LABORATORIUM
OPERASI TEKNIK KIMIA
Penentuan Permeabilitas Membran
Isi tangki sampel
dengan cairan
umpan.
Atur konfigurasi
membran dalam
setting operasi
pemurnian
Mulai
Selesai
Nyalakan pompa.
Atur laju alir
umpan. Jaga agar
tetap konstan.
Atur tekanan pompa
secara perlahan
sampai tekanan yang
telah ditentukan.
Tampung retentat
dan permeat.
Matikan alat dan
pastikan membran
senantiasa
terendam cairan.
Data ?P
Data
Volume
Permeat
Ukur volume
permeat untuk tiap
?P yang digunakan.
top related