PENGENALAN TEKNIK KIMIA (2 sks)

PENGANTARProses pemisahan merupakan proses penting dalam industri kimia dan menjadi semakin menarik untuk dikaji lebih jauh dengan makin berkembangnya permasalahan di lapangan serta makin banyaknya pilihan teknologi yang bisa digunakan. Beberapa kecenderungan yang terjadi akhir-akhir ini, proses-proses pemisahan adalah sebagai berikut :1. Pemisahan secara mekanik : pemisahan ini dapat digunakan untuk memisahkan campuran heterogen (padat-cair; cair-cair yang tidak saling larut, dan gas-cair)

Dasar-dasar pemisahan secara mekanik adalah :a. Pemisahan karena gaya gravitasi

b. Pemisahan karena gaya sentrifugasi

c. Pemisahan karena beda kecepatan jatuh

d. Pemisahan karena beda tekan

2. Pemisahan menurut dasar operasional difusional

Yaitu perpindahan massa konstituen dari fasa yang satu ke fasa lainnya secara difusi.

Pemisahan difusional meliputi :

a. Distilasi

b. Ekstraksi

c. Absorbsi (penyerapan)

d. Adsorpsi (penjerapan)

3. Pemisahan menggunakan reaksi kimia

Operasi pemisahan dapat menyangkut banyak sekali proses dan peralatan yang selalu berubah dan atau berkembang untuk menuju suatu penyempurnaan. Untuk itu operasi pemisahan dapat dilihat secara konseptual dengan menggunakan Konsep Dasar Chemical Engineering Tools, yaitu :1. Neraca Massa

2. Neraca Energi terutama Energi berupa panas

3. Kesetimbangan

4. Proses Kecepatan

5. Analisa Ekonomi dan

6. Hubungan MasyarakatUntuk memilih metoda pemisahan perlu dipertimbangkan faktor-faktor teknik dan ekonomis. Teknik misalnya cukup efektif (pemilihan alat benar), kontruksi dan perawatanya sederhana dan mudah diopeasikan seta dikendalikan, akibatnya aspek ekonomis seperti biaya investasi dan biaya operasi bisa ditekan serendah mungkin.Yang dipelajari pada mata kuliah Pemisahan Mekanik : Operasi yang melibatkan Partikel Padatan meliputi :a. Sifat, Penanganan, Pencampuran Partikel

b. Pengecilan ukuran

c. Analisis ayakan

d. Filtrasi

e. Sedimentasi

f. Dekantasi

g. Kristalisasi

KARAKTERISTIK PEMISAHAN

Secara makro, proses-proses yang terjadi secara alamiah dapat diartikan sebagai proses pencampuan yang terjadi secara spontan dan tidak dapat balik. Berarti untuk memisahkan suatu konstituen dari campurannya diperlukan suatu usaha yang besar yaitu usaha termodinamika sehingga terjadi proses berlawanan terhadap proses alam. Maka dalam operasi pemisahan campuran perlu dimasukkan sejumlah separating agent tertentu.Separating agent yang biasa digunakan :

1. Tenaga panas, seperti Steam (uap-air), bahan bakar, contoh untuk alat : distilasi, evaporasi, pengeringan dllnya

2. Sejumlah massa bahan, seperti pelarut atau penjerap. Contoh alat : ekstraksi, absorbsi, adsorpsi dllnya3. Tenaga mekanik, contoh alat filtrasi, sedimentasi, sentrifugasi, dekantasi

PEMILIHAN METODA PEMISAHAN

Pemilihan metoda pemisahan dibatasi oleh : Sifat fisik bahan

Karakteristik bahan-bahan yang dipisahkan

Penggunanaan metoda pemisahan dapat berdasarkan :

Operasi perpindahan massa secara difusional

Pemisahan mekanik

Operasi pemisahan berdasarkan reaksi kimia

Kombinasi dari cara-cara pemisahan yang disebutkan sebelumnya

Contoh pemisahan berdasarkan operasi perpindahan massa secara difusional :

1. Distilasi

Adalah salah satu proses pemisahan komponen-komponen kimia yang sudah sangat lama dikenal. Proses ini memanfaatkan perbedaan komposisi setimbang pada fasa uap dan cair. Operasinya berupa penguapan dan pengembunan dan pada umumnya dijalankan berkali-kali (bertingkat). Karena melibatkan penguapan dan panas laten (panas transisi) biasanya besar, maka proses ini memerlukan banyak energi. Meskipun distilasi sudah cukup lama dikenal, pengembangan proses ini dan penelitian-penelitian yang terkait masih banyak dilakukan, terutama terhadap penghematan energi yang diperlukan.2. Distilasi Uap (Steam Distillation)

3. Absorbsi

4. Adsorpsi

5. Absorbsi Reaktif denga Padatan6. Ekstraksi Cair-Cair (ekstraksi)

7. Ekstraksi Padat-Cair (Leaching)

OPERASI YANG MELIBATKAN PARTIKEL PADATAN

Secara umum menangani padatan lebih sulit dibandingkan cairan dan gas.

Di dalam proses padatan ini muncul dalam berbagai bentuk :

Bentuk bongkahan

Lembaran

Serbuk

Padatan-padatan tersebut mungkin :

Keras

Kasar

Liat dan mulur

Lunak atau mudah pecah

Kotor

Lengket/mudah menempel

Free flowing

Kohesiv

Apapun bentuknya, harus dapat ditemukan cara dan perbaikan handing/penanggulangan padatan tersebut dalam suatu proses industri.Karena pada industri kimia, produk maupun bahan baku pada umumnya dalam bentuk partikel.

Misal :

Pupuk

Semen

Gula

Plastik

Kaca

Hampir semua bentuk dan ukuran terdapat pada padatan. Tetapi dalam Teknik Kimia yang dititik beratkan adalah partikel kecil. Terutama tentang pengetahuan karakteristik dari massa partikel padat yang diperlukan dalam perancangan proses dan sistem pemroses (peralatan) yang alirannya melibatkan partikel padat.

KARAKTERISTIK PARTIKEL PADAT

Partikel padat akan terdefinisikan dengan berbagai parameter antara lain :

Ukuran Bentuk dan

Densitas

Partikel padat yang homogen apabila mempunyai densitas yng sama dengan bongkahannya. Partikel yang diperoleh dari pecahan komposit, seperti bantalan bijih logam mempunyai densitas yang bervariasi biasanya berbeda dari densitas massa bongkahannya. Ukuran dan bentuk pada umumnya mudah untuk partikel tertentu seperti dalam bentuk bola dan kubus, tetapi untuk partikel yang tidak teratur seperti butiran pasir dan pecahan atau serpihan mika ukuran dan bentuknya tidak begitu jelas sehingga perlu didefinisikan dengan jelas.BENTUK PARTIKEL

Bentuk partikel dinyatakan pada tingkat spherisitas atau tingkat bentuk mendekati bola atau lagi faktor kebolaan yang mempunyai notasi S yang mana seferitas ini tidak menunjukkan ukuran partikel.Misal untuk partikel dengan diameter Dp, S = 1 maka DP = dP karena DP S = dP.Untuk partikel yang tidak seferis, maka seferitasnya dinyatakan :

DP = diameter nominal atau diameter ekivalen partikelSP = luas permukaan 1 partikel

VP = volume 1 partikel

SOALDiketahui :

Ditanyakan : Faktor kebolaan partikel SJawab :

DP untuk partikel halus, DP ini biasanya sulit diukur maka ukurannya bisa diketahui dengan cara mengayak/analisa ayakan atau dengan pengujian makroskopik.

Surface area/luas permukaan (SP) biasanya dilakukan dengan pengukuran adsorpsi atau pressure droped dalam unggun partikel.

Dari berbagai partikel hasil penghacuran, S ini berkisar antara 0,6 s/d 0,8. Tetapi partikel bulat hasil abrasi, nilai S bisa lebih besar yaitu sekitar 0,95.

Untuk partikel bentuk silinder atau kubus dimana panjang (L) sama dengan diameter (D), maka eqivalent diameter lebih besar dari L sehingga dari eqivalent diameter,

S untuk kubus 0,81

S untuk silinder 0,87

Untuk menentukan harga S lebih cocok digunakan deiameter nominal L karena perbandingan permukaan terhadap volume adalah

sehingga sama dengan seperti untuk bola maka S bernilai 1.

Untuk bahan isian (packing) berbentuk ring dan saddle untuk menentukan S digunakan diameter nominal.

UKURAN PARTIKEL

Secara umum diameter, adalah suatu besaran yang menyatakan ukuran dari suatu benda yang berbentuk bulat sempurna. Bentuk bulat sempurna ini disebut equidimensional. Tetapi masalahnya dalam kenyataan yang disebut partikel balat bentuknya tidak bulat sempurna ada kalanya ada suatu arah yang lebih panjang dari arah lainnya, bentuk ini disebut tidak equidimensional. Maka untuk partikel yang tidak equidimensional tersebut, ukuran yang diambil adalah pada second longest major (ukuran terpanjang kedua yang terbanyak). Untuk needle like particle maka DP didefinisikan dengan tebal partikelnya sama panjangnya,

Karena pada kenyataan ukuran partikel sangat bervariasi, maka dengan konvensi atau perjanjian ukuran partikel dinyatakan dalam sistem yang berbeda tergantung pada range ukuran yang ada.

Misal untuk partikel kasar diukur diukur dalam inchi atau mm :

Partikel halus diukur dengan analisa ayakan : GULA

Partikel sangat halus diukur dalam mesh : TEPUNG TERIGU

Partikel ultra halus diukur dengan gram persatuan luas permukaan (gramatur) misal: KERTAS, SEMEN, CAT

UKURAN PARTIKEL CAMPURAN dan ANALISA UKURAN PARTIKEL

Bila diketahui sampel, dengan diameter partikel yang seragam DP, volume total partikel dimana :

1Jika volume satu partikel VP maka jumlah partikel di dalam sampel N adalah

2Luas permukaan partikel keseluruhan :

3 Untuk dapat menggunakan persamaan diatas pada suatu yang memiliki ukuran dan densitas yang seragam, terlebih dahulu campuran dipilah-pilah menjadi fraksi-fraksi yang masing-masing memiliki densitas yang konstan dan ukurannya kurang lebih sama. Setiap fraksi kemudian ditimbang atau banyaknya massa pertikel dihitung/diukur dengan menggunakan beberapa metoda. Selanjutnya gunakan persamaan (2) dan (3) diatas. Untuk menghitung jumlah partikel dan luas permukaan partikel tiap fraksi. Hasil perhitungan tiap fraksi tersebut selanjutnya dijumlahkan untuk mengetahui jumlah partikel dan luas partikel dari sampel tersebut.Informasi yang diperoleh dari analisa ukuran partikel selanjutnya ditabulasikan guna memperlihatkan massa atau fraksi massa pada setiap ukuran partikel rata-rata. Analisa dengan mentabulasikan hasil perhitungan disebut analisa deferensial. Cara lain untuk memperlihatkan hasil analisa adalah analisa kumulatif yaitu dengan menjumlahkan fraksi massa untuk setiap ukuran partikel, dimulai dari ukuran terkecil danmengalurkannya terhadap ukuran partikel.

Densitas, Dipilah tiap jenis partikel yang beradadalam campuran

SilikaKapurBatu baraBesi

Dapat diketahui nilai densitas tiap jenis partikel

1234

Masing-masing partikel ditimbang

m1m2m3m4

Fraksi massa tiap jenis partikel bisa dihitung

x1x2x3x4

Pada tiap jenis partikel terdapat beberapa ukuran

d1d2did1d2djd1d2dkd1d2dl

Kemudian digambar hubungan antara fraksi massa dan jenis partikel.

Ukuran, d

Dipilah tiap ukuran (diameter) partikel yang berada dalam campuran tanpa membedakan jenis partikel

Dapat diketahui/diukur diameter semua partikel yang berada dalam campuran

d1d2d3d4

Masing-masing ukuran partikel ditimbang

m1m2m3m4

Fraksi massa tiap jenis partikel bisa dihitung

x1x2x3x4

Kemudian digambar hubungan antara fraksi massa (ordinat) versus ukuran partikel (di)

Luas keseluruhan permukan spesifik campuran

Apbila densitas partikel DP dan seferitas (faktor/tingkat kebolaan) diketahui, luas permukaan partikel pada tiap fraksi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3 : . Selanjutnya hasil perhitungan untuk setiap fraksi tersebut dijumlahkan untuk mendapatkan harga dari luas keseluruhan permukaan spesifik campuran AW.

xi = fraksi massa

DP,i = diameter partikel rata-rata, berdasarkan rata-rata aritmatika dari diameter terkecil dan terbesar.

Soal 1 (nilai 40)

Suatu Gyratory Crusher digunakan untuk menghancurkan batuan yang mempunyai kuat tekan 25 kN/(m2). Umpan masuk Crusher berbentuk bulat dan relatif seragam dengan diameter 2 inchi (50,8 mm). Laju umpan masuk Crusher 100 ton/jam dan hasil analisa ayakan terhadap produk dengan cara diffrensial diberikan pada kolom 3 Tabel 1

Tabel 1 : Hasil analisa ayakan batuan

No.MeshProduk

(xi), %

123

14/6 3,1

26/8 10,3

38/10 20,0

410/14 18,6

514/20 15,2

620/28 12,0

728/35 9,5

835/48 6,5

948/65 4,3

10- 65 0,5

Dari tabel 1 pada soal nomer 1 buatlah gambar grafik hubungan antara fraksi massa dengan ukuran partikel (dalam mm)

a) Dengan cara Diffrensial (nilai 10)

b) Dengan cara Kumulatif (nilai 10)

c) Hitung Volume surface mean diameter DS (nilai 5)

d) Hitung jumlah partikel pada ayakan ukuran 20/28 (nilai 5)

e) Hitung AW (nilai 5)

f) Hitung NW (nilai 5)No.MeshProduk

(xi), %DifferensialKumulatifmeshmm

14/6 3,13,110055,08

26/8 10,310,396,973,62966

38/10 20,020,086,692,82194

410/14 18,618,666,6 122,11582

514/20 15,215,248171,49352

620/28 12,012,032,8241,05918

728/35 9,59,520,831,50,80518

835/48 6,56,511,341,50,61214

948/65 4,34,34,856,50,44958

10- 65 0,50,50,5650,39116

Ds = 0,013497

Jumlah partikel pada ayakan ukuran 20/28 adalah 32,8Aw = 1313,232

Jumlah Partikel

N

densitas,

ukuran, d

1

2

3

4

d4

d3

d2

d1

m4

m3

m2

m1

m4

m3

m2

m1

x4

x3

x2

x1

x4

x3

x2

x1

Batu bara

kapur

besi

silika

Pertemuan ke-1, Diktat PEM-MEK, Dosen Ir. Mining Harsanti MSc.Page 8

_1453526862.unknown

_1453527957.unknown

_1453528387.unknown

_1453528742.unknown

_1453618108.unknown

_1453617745.unknown

_1453528734.unknown

_1453528170.unknown

_1453527614.unknown

_1453527863.unknown

_1453527118.unknown

_1453525502.unknown

_1453526771.unknown

_1453526809.unknown

_1453525762.unknown

_1453525654.unknown

_1453523321.unknown

_1453525369.unknown

_1452994105.unknown