1

FILTRASI

Cianjur, 8 Juni 2012

Dr. Suhartono

KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONAL

PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN

PENDIDIK DAN TENAGA KEPENDIDIKAN PERTANIAN

Email: shtstj@yahoo.co.id

HP: 08122149457

• Filtrasi dapat didefinisikan sebagai pemisahan padatan (solids) dari fluida dengan menggunakan sebuah media berpori (porous) untuk menahan padatan tetapi meloloskan fluida untuk mengalir.

​

• Suspensi padatan dan cairan yang difiltrasi dinamakam slurry. Media berpori yang digunakan untuk menahan padatan dinamakan media filtrasi (filter medium).

​

• Timbunan (accumulation) padatan pada filter dinamakan filter cake, sedangkan cairan jernih yang melewati filter didefenisikan sebagai filtrat (filtrate)

​

​

2

FILTRASI

3

4

FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH PADA FILTRASI

Karakteristik slurry, meliputi:

1. Sifat milik cairan, seperti densitas, viskositas, dan sifat korosif.
2. Sifat milik padatan, sebagai contoh, bentuk partikel, ukuran partikel, distribusi ukuran partikel dan kekakuan (rigid) dan kompresibelitas padatan.
3. Proporsi padatan dalam slurry.
4. Tujuan filtrasi untuk mendapatkan padatan, cairan atau keduanya.
5. Padatan harus dibersihkan bebas cairan atau cairan yang bebas padatan

​

​

​

​

Faktor-Faktor Yang Berpengaruh

• Tipe padatan
• Komposisi padatan dan cairan dalam campuran
• Viskositas larutan
• Pressure drop
• Kecepatan linear yang melewati luasan filter
• Dll.

5

6

LAJU FILTRASI

Tujuan utama dari proses filtrasi adalah memisahkan padatan dan cairan secepat mungkin

​

Faktor yang mempengaruhi laju filtrasi dikenal persamaan Darcy dan dinyatakan sebagai berikut:

dengan,

V= volume filtrat

t = waktu filtrasi

K = konstanta medium filtrasi dan filter cake

A = luas media filtrasi

P = tekanan

µ = viskositas

L = ketebalan filter cake

DIBAHAS LEBIH RINCI PADA ANALISA FILTRASI

7

FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH PADA LAJU FILTRASI

1- Koefisien pemeabilitas

Konstanta (K) riprisentasi baik medium filtrasi dan filter cake.

Jika ketebalan cake meningkat, laju filtrasi akan menurun.

Luas permukaan porositas cake dan kekakuan atau kompresibilitas partikel juga dapat berpengaruh permeabilitas cake.

2- Luas media filtrasi

Total volume filtrat dari filter berbanding lurus dengan luas permukaan filtrasi.

Luas permukaan dapat ditingkatkan dengan menggunakan filter yang lebih lebar. Dalam rotary drum filter, penyisihan media filtrasi dari filter cake akan memberikan luas filtrasi yang tak terbatas.

3. Hilang tekan

Laju filtrasi berbanding lurus dengan perbedaan tekanan sepanjang media filtrasi dan filter cake.

.

​

8

Penurunan tekanan (pressure drop) dapat dicapai beberapa cara:

​

Gravitasi: Perbedaan tekanan dapat diperoleh dengan menjaga ketinggian (head) slurry di atas media filtrasi. Perubahan tekanan akan tergantung pada densitas dan slurry.

​

Vakum : Tekanan pada media filtrasi dapat diturunkan lebih rendah dari tekanan atsmorfir dengan menghubungkan penampung filtrat (receiver) ke pompa vakum dan membuat perbedaan tekanan sepanjang filter

​

Tekanan : Metode sangat sederhana dipompakan ke slurry ke dalam filter bertekanan

​

Gaya centrufugal: Gaya gravitasi dapat digantikan dengan gaya centrifugal dalam proses pemisahan

​

​

9

4- Viskositas Filtrat

Peningkatan viskositas akan meningkatkan hambatan aliran, sehingga laju fitrasi berbanding terbalik terhadap viskositas fluida.

​

Masalah ini dapat diselesaikan dengan dua metode berikut:

​

a. Laju filtrasi dapat ditingkatkan dengan meningkatkan temperatur cairan, menyebabkan viskositas rendah. Walaupun demikian, hal ini tidak prakstis jika bahan-bahan bersifat termolabile atau filtratnya mudah menguap.

​

b. Pengenceran merupakan alternatif lain, namun lajunya harus diduakali lipatkan.

​

5- Ketebalan Filter Cake

Laju alir filtrat melalui filter cake berbanding terbalik dengan ketebalan cake.

Dekantasi awal mungkin berguna untuk mengurangi jumlah padatan

​

​

​

​

10

MEDIA FILTER

• Permukaan tempat padatan tertumpuk dalam sebuah filter disebut “media filter”

​

• Sifat milik media filter yang ideal
• Mampu mengasilkan filtrat jernih pada laju produksi yang sesuai.
• Tahan terhadap tekanan mekanik tanpa mengalami pecah (rapture) atau terkompresi.
• Tidak terjadi interaksi kimia atau fisik dengan komponen-komponen filtrat.
• Mampu menahan padatan tanpa penyumbatan pada awal filtrasi.
• Filtrasi steril memerlukan persyaratan khusus. Ukuran pori tidak melibihi ukuran (dimensi) bakteri dan spora

​

​

​

​

​

​

​

11

KLASIFIKASI MEDIA FILTRASI

1. Woven filter. Termasuk: a. wire screening dan

b. fabrics of cotton, wool, nylon

Wire screening e.g. stainless steel is durable, resistance to plugging and easily cleaned

Cotton is a common filter ,however, Nylon is superior for pharmaceutical use, since it is unaffected by mold, fungus or bacteria and has negligible absorption properties.

2. Non- woven filters: Filter paper is a common filter medium since it offers controlled porosity, limited absorption characteristic, and low cost.

3. Membrane filters: These are basic tools for micro-filtration, useful in the preparation of sterile solutions. These filters are made by casting of various esters of cellulose, or from nylon, Teflon, polyvinyl chloride. The filter is a thin membrane with millions of pores per square centimeter of filter surface.

4-Porous plates: These include perforated metal or rubber plates, natural porous materials such as stone, porcelain or ceramics, and sintered glass

​

​

​

12

FILTER AID (PENDUKUNG)

Biasanya tahan terhadap aliran, karena aliran pada media filtrasi sangat rendah, tetapi akan meningkat bilamana lapisan padatan terbentuk, penyumbatan pori dan pembentukan padatan cake

Tujuan dari filter aid mencegah media agar tidak tersumbat dan terjadinya lubang, pori –pori cake, yang dapat mengurangi hambatan pengaliran filtrat. Partikel-partikel harus inert, tidak larut (insolubele), tak mampu mampat (incompresible) dan bentuk tak beraturan (irreguler shape).

Filter aid digunakan dalam salah satu dari kedua cara berikut:

1- Teknik pre-coating: pembentukan pre-coat diatas media filtrasi melalui peyaringan suspensi filter aid

​

2- Teknik bodi-mix: sejumlah kecil filter aid (0,1 -0,5 %) ditambahkan ke dalam slurry yang difiltrasi. Slurry tersebut diresirkulasi melalui filter hingga didapat filtrat jernih, filtrasi dilakukan hingga tuntas.

Filter aid yang dapat digunakan sebagai berikut:

Diatomite ( Kieselguhr ): didapat dari deposi t batuan (siliceous) alam

Perlite : merupakan aluminium silicate.

Selulosa dan asbestos

Empat Kelompok disajikan sebagai berikut:

• A- Gravity filters. B- Vacuum filters
• C- Pressure filters. D- Centrifugal filters.

​

A-Gravity filters,

• Memakai unggun granular tebal

secara luas digunakan dalam filtrasi a\

air (water filtration)

​

Contoh: Sand Filter

​

13

INDUTRIAL FILTER

B- Vacuum filters

​

• Leaf filter:

Terdiri dari sebuah frame yang diselimuti saringan drainase atau pelat beralur, seluruh unit diselimuti kain filter.

Luaran filtrat dihubungkan ke bagian dalam frame, susunan umum diperlihatkan pada gambar, yang menunjukan bagian vertikal sepanjang leaf. Frame bisa berbentuk bundar, kubus atau empat persegi panjang

.

• Pengoperasian: Leaf filter dibenamkan dalam slurry dan sebuah receiver dan sistem vakum digabungkan pada keluaran filtrat.

​

• Keuntungan:

1- Slurry dapat difiltrasi dari sembarabg bejana (vessel)

2- Cake dapat dicuci dengan mudah dengan membenamkan filter

dalam bejana berisi air

3- Penyisihan cake dilakukan dengan menggunakan aliran udara

terbalik (reverse air flow)

4- Filter dapat dimodifikasi dengan memakai unit-unit prangkat lain

yang cocok

5- Leaf filter sangat memuaskan jika kandungan padatan dalam

slurry tidak terlalu tinggi, 5 % merupakan kandungan maksimum yang cocok

6- Ongkos buruh untuk pengoperasian agak komparatif

. Gambar. Filter leaf

14

• Vacuum filter merupakan filter berpori dengan beda tekan lebih tinggi dibanding gravity filter.
• Rotary vacuum filter dan leaf filter merupakan yang paling banyak digunakan

​

​

Metode alternatif lain adalah menyertakan filter leaf dalam tabung khusus dimana slurry dipompa dengan tekanan. Sejumlah leaf dikoneksikan pada keluaran umumnya, untuk memenuhi luas permukaan yang lebar untuk proses filtrasi.Contoh: Sweetland Filter

​

15

Rotary Vacum Filter(Batch)

• Dilengkapi sarana otomatis
• Filter ini dilengkapi drum yang terus berputar dengan kecepatan rendah selama operasi.
• Tekanan diluar drum adalah tekanan atmosferik, tetapi didalam drum mendekati vakum
• Drum berada dalam cairan yang mengandung suspensi padatan yang akan difilter

16

Rotary vacuum filter (Rotary filter)

• Dalam skala pengoperasian yang besar, pengoperasian yang sinambung dikehendaki dan hal ini perlu untuk memfiltrasi slurry dengan kadar padatan yang tinggi.

​

• Rotari filter merupakan filter dengan pengoperasian yang sinambung dan dilengkapi suatu sistem penyisihan cake yang terbentuk, sehingga, cocok untuk slurry yang konsentrat.

​

• Merupakan lempengan metal silinder, secara horisontal, lengkungan permukaan merupakan plat berlubang, disangga oleh sebuah kain filter. Secara internal dibagi ke dalam beberapa sektor dan koneksi pemisahan dibuat antara masing-masing sektor dan katup (kran) berputar khusus

​

​

17

• Pengoperasian: Drum dibenamkan dengan kedalaman yang diperlukan dalam sebuah slurry, yang diagitasi dengan tujuan untuk mencegah pengendapan padatan, dan vakum diaplikasikan terhadap sektor drum yang tenggalam.

​

• Cake dengan ketebalan yang diinginkan dihasilkan dengan mengatur kecepatan rotasi drum. Masing-masing sektor ditenggelamkan bergantian dalam slurry dan cake kemudian dicuci dan dikeringkan secara parsial dengan aliran udara. Akhirnya, tekanan diaplikasikan dibawah kain untuk membantu penyisihan cake

​

• Penyisihan dari cucian dan pengeringan cake secara parsial dengan cara menggunakan pisau

​

​

​

18

Operasi Rotary Filter

19

Slurry diisap oleh “rotating filter drum” melewati pipa . Filtrat di alirkan ke sebelah kanan dan cake menempel difilter. Ketebalan konstan cake dipertahankan oleh pisau pengkikis (disisi kiri) dan kelebihan cake dibuang & dikumpulkan disisi kiri

20

• Ringkasan Proses:

​

• Drum dicelupkan ke dalam slurry dan vakum dibuat terhadap luaran, dimana dihubungkan dengan filtrat receiver. Bila mana cake sudah terbentuk, cake dijatuhkan atau dikeringkan secara parsial dengan vakum.

​

• Dram disemprot dengan air untuk mencuci cake. Penopang koneksi vakum menjatukan cake dan secara parsial kering, penyisihan dengan menggunakan pisau.

​

• Jika padatan slurry terlalu banyak menyebabkan kain filter tersumbat dengan partikel, pre-coat filter dapat digunakan. Membantu penegdapan pada drum lebih dahulu pada proses filtrasi.

21

Keuntungan dan Kekurangan rotary drum filter

Keuntungan:

1- Rotary filter beropasi secara otamatik dan sinambung, sehingga ongkos kerja sangat rendah.

2- Filter memiliki kapasitas yang besar, sehingga cocok untu filtrasi larutan dengan konsentrasi tinggi

3- Variasi kecepatan rotasi dapat mengendalikan ketebalan cake

4.- Pre-coat filter aid dapat digunakan untuk mempercepat laju filtrasi

​

Kerugian:

1- Rotary filter merupakan peralatan dengan bagian-bagian yang komplek, bagian-bagian yang bergerak tersebut sangat mahal.

2- Sebagai tambahan filternya sendiri, beberapa asesoris digabungkan, misalnya pompa vakum, vakum reciever, pompa slurry dan agitator diperlukan.

3- Cake cenderung merekah karena aliran udara oleh sistem vakum, sehingga pencucian dan pengeringan kurang efisien

4- Dengan vakum filter, beda tekan dibatasi 1 bar dan filtrat yang panas bisa mendidih

5- Hanya cocok untuk slurry dengan satu kali jalan (straight-forward)

​

​

22

Penggunaan:

1- Rotary filter untuk pengoperasian sinambung pada slurry dengan jumlah padatan yang banyak

2- Cocok untuk slurry dengan kandungan padatan pada rentang 15-30%.

​

Contoh: Aplikasi Farmasi termasuk pengumpulan kalsium karbonat, magnesium karbonat dan kanji (starch), dan pemisahan mycelium dari larutan fermentasi pada pabrik antibiotik

23

String-discharge rotary drum filter

24

C- Pressure Filters�

​

• Karena pembentukan cake dengan permeabilitas rendah, banyak jenis slurry memerlukan beda tekan lebih tinggi untuk keefiktifan dibanding dengan aplikasi teknik vakum

​

• Pressure filter diunakan untuk operasi semacam itu

​

• Namun demikian, operasi tekanan tinggi, dapat menghambat pengoperasian yang sinambung, karena kesukaran pengeluaran (discharcge) cake tipis karena pengaruh tekanan.

​

​

Contoh: sweetland filter, plate and frame filter press.

​

25

Plate and Frame Press

26

27

� Plate and Frame Filter Press�

​

• Tersusun atas dua unit, masing-masing dikenal dengan plate dan frame, dengan media filtrasi, biasanya kain filtrasi diantara keduanya.
• Frame terbuka, dengan inlet (asupan) slurry, sedangkan plate mempunyai permukaan beralur (groove) untuk menyangga kain filtrasi dan dengan luaran (outlet) filtrat.

​

Pengoperasian

• Slurry masuk dalam frame dari saluran umpan
• Filtrat melewati media filtrasi pada permukaan plate, sedangkan padatan membentuk filter cake dalam frame
• Filtrat dijatuhkan di permukaaan plate, antara tonjolan permukaan dan lepas ke luaran
• Filtrasi dilanjutkan hingga frame terisi filter cake, bilamana proses terhenti, frame dikosongkan dan siklus dimulai kembali

28

• Saluran asupan slurry dan keluaran filtrat dapat disusun dengan fitting eyes flate and frame. Ini membuat keuntungan bahwa filtrate dari masing-masing plate dan dapat dilihat bahkan dalam kerusakan kain, kesalahan plate dapat diisolasi dan operasi dapat dilanjutkan dengan plate kurang satu.

​

• Ketebalan cake dapat divariasikan menggunakan ketebalan frame yang berbeda dan pada umumnya, akan adan ketebalam optimum filter cake untuk sembarang slurry tergantung pada kandungan padatan dalam slurry dan hambatan dari filter cake.

​

• Ketika filtrasi berlangsung, hambatan dari filter cake meningkat dan laju filtrasi menurun. Pada titik tertentu penghentian perlu dilakukan untuk pengsosongan daripada melanjutkan filtrasi dengan laju yang sangat rendah.

​

• Plate dan frame dapat dibuat dari berbagai metal untuk pencegahan korosi atau kontaminasi logam terhadap produk. Non metalik seperti plastik lebih ringan, juga berbagai kayu memadai dijadikan bahan konstruksi.

​

• Plate dan frame dapat berbagai ukuran, sekitar 1 m²

​

29

Keuntungan dan kerugian

KEUNTUNGAN

​

1- Konstruksi sangat sederhana dan material sangat beragam dapat digunakan

​

2- Luas filtrasi yang sangat besar dalam ruang (floor space) relatif kecil

​

3- Serbaguna, kapasitas bervariasi menurut ketebalan dan jumlah plate dan frame yang digunakan

​

4- Konstruksi mengijinkan penggunaan beda tekan yang dipertimbangkan

​

5- Efisiensi penyucian cake memungkinkan

​

6. Operasi dan perawatan sekali jalan, karena tidak ada bagian yang bergerak, kain filter dengan mudah diperbaharui dan semua sambuangan adalah eksternal, segala kebocoran terlihat dan tidak mengkontaminasi filtrat

30

KERUGIAN

• Merupakan bath filter, sehingga memakan waktu

​

• Mahal. waktu pengosongan, termasuk buruh dan pemakaian dan pembahasan kain menyebabkan biaya tinggi

​

• Operasinya kritis, ketika frame penuh, kalau tidak dilakukan pencucian adalah tidak efisien dan cake sulit disisihkan

​

• Filter press digunakan untuk slurry yang mengandung padatan sekitar 5%.

​

• Dari sudut pandang ongkos kerja yang tinggi. Paling cocok untuk bahan-bahan yang mahal contoh penyisihan endapat protein dari cairan insulin

31

D- Centrifugal Filters

Sebuah sentrifugal berisikan keranjang (basket) dalam campuran padatan dan cairan, atau campuran dua cairan dirotasi pada kecepatan tinggi, sehingga terpisah ke dalam unsur-unsurnya dengan gaya sentrifugal.

​

Jenis keranjang

​

1. Imperforated (tak berlubang), dimana cairan disisihkan melalui saluran permukaan (skim), sementara partikel padatan terendapkan di dinding.

Dalam bidang farmasi, centrifuse digunakan untuk mengeringkan kristal dan untuk memisahkan emulsi ke dalam unsur-unsur cairannya.

​

B. Perforated basket, dimana cairan keluar melewati lubang-lubang

​

​

1-The perforated basket centrifuge:

• Tabung berdiameter sekitar 1m dan dinding luar dilubangi. Berpenyangga batang secara vertikal dengan maksud dapat dirotasi dengan kecepatan tinggi. Diluar cangkang dilengkapi dengan pengumpul cairan untuk dilempar keluar dari basket.
• Motor penggerak berada di bawah sentrifuse dan disebut dengan under-driven
• Bentuk lain over driven

32

33

Keuntungan dan Kerugian:

Keuntungan sentrifuse:

1- Sangat pepat (compact), memerlukan ruang yang sangat kecil

2- Dapat menanganni slurry dengan jumlah padatan yang tinggi

3- Pada umumnya hasil akhir, mengandung kadar air yang sangat rendah jika dibandingkan terhadap filter cake dari bahan yang sama

​

Kerugian:

1- Prosesnya bath

2- Memerlukan ongkos kerja yang perlu dipertimbangkan, membuat proses mahal

​

​

34

2-The pusher-type centrifuge

​

• Jenis sentrifuse ini digunakan untuk pemisahan suspensi dan dilengkapi dengan keranjang berlubang

​

Pengoperasian

• Umpan dimasukan ditengah tengah corong kerucut, dan cake terbentuk di ruang antara piringan dan dasar vertikal keranjang
• Cakram reciprocate menggerakan cake sepanjang permukaan keranjang, sehingga permukaan terbebas dari cake untuk endapan cake berikutnya
• Pendorong (pusher melakukan satu pukulan ke depan dan kebelakang, hungga lapisan padatan berikutnya terbentuk ketikan pukulan kedua mengikuti dan seterusnya. Filtrate lolos melalui lunang-lubang keranjang dan terkumpul dengan pipa yang cocok.
• Tahap kedua, penyucian dengan semburan dilakukan oleh bagian atas yang berlubang
• Tahap ketiga, pengeluaran dan pengeringan sebagian cake terlaksana setelah pengeringan berjalan secara autmatik terkumpul.

​

35

36

Keuntungan

1. Peralatan beropasi sinambung
2. Mengurangi biaya pengoperasian

​

Kerugian: Mekanisme pendorong piston menambah biaya awal dari sentrifuse

​

3- The Tubular centrifuge ( Supercentrifuge)

Dasar pengoperasian: Pengaruh sentrifugasi tinggi dapat dilalukan dengan menggunakan dimater kecil yang berotasi pada kecepatan sangat tinggi

​

Penggunaan:

1- Dapat memisahkan padatan dengan ukuran partikel kecil dari cairan

2- Dapat digunakan untuk memisahkan cairan yang tidak saling tercampur satu sama lain, seperti emulsi dua komponen

3- Dapat digunakan untuk filtrasi suspensi yang sangat terlarut, seperti larutan yang mengandung konsentrasi padatan yang sangat rendah.

37

Keuntungan:

1- Kecepatan sentrifugasi yang sangat tinggi (15.000- 60,000), dapat digunakan untuk klarifikasi larutan yang sangat encer karena gaya kecepatan gravitasi

​

​

2- Pemisahan dua cairan yang tak saling campur, gaya sentrifugasi akan membentuk dua lapisan, dimana cairan yang lebih berat mendekati dinding.

​

​

38

3. Disc- Bowl Centrifuge:

Pemilihan Peralatan

Idealnya pemilihan peralan harus mengikuti laju filtrasi yang cepat untuk meminimalisisir biaya produksi, murah untuk dioperasikan, mudah dibersihkan, tahan korosi, dpat menangani volume produk filtrasi yang besar

​

Ada beberapa produk- faktor-fakor yang berhubungan harus dipertimbangkan ketika memilih filter untuk proses partikulat

​

Hal ini meliputi:

1- Sifat kimia alami pada produk: Interaksi dengan media filter dapat mengikis komponen-komponen filter, degradasi atau mengembangkan media filter atau adsorpsi komponen-komponen dari produk filter pada filter. Semua ini dapat berpengaruh pada efisiensi proses filtrasi atau kualitas produk filter.

2- Vilume filter yang difiltrasi dan laju filtrasi yang diperlukan

3- Tekanan operasi yang diperlukan. Menentukan laju filtrasi

4- Jumlah bahan yang disisihkan. Filtrasi awal (dekantasi) mungin diperlukan atau penyaringan dimana cake dapat disisihkan secara sinambung.

5- Tingkatan(degree) filtrasi yang diperlukan. Berpengaruh pada pemilihan ukuran pori membran filter atau filter grade yang digunakan.

6- Jika sterrilasi diperlukan. Kemudian peralatan sendiri harus dapat disterilisasi dan meyakinkan bahwa kontaminan tidak akan terjadi setelah produk melewati filter.

7- Viskositas produk dan temperatur filtrasi. Produk dengan viskositas tinggi, tekanan tinggi diperlukan.

​

​

​

i39

APLIKASI FILTRASI PADAT-CAIR

1- Memperbaiki kualitas larutan sesuai keperlukan, mouth washes dsb

2- Penyisihan potensi iritan, contoh dari preparasi tetes mata atau penerapan larutan untuk selaput membran

3- Recovery bahan padatan yang diinginkan dari suspensi atau slurry, contoh untuk mendapatkan obat-obatan (drug) setelah proses kristalisasi.

4. Operasi tertentu, seperti ekstraksi obat-obatan nabati dengan pelarut, menhasilkan produk keruh dengan sejumlah kecil bahan-bahan koloid sangat halus tersuspensi; ini dapat dilakukan dengan penyisihan melalui filtrasi

5. Pendeteksian kehadiran mikroorganisma dalam cairan. Hal ini juga dapat dicapai dengan analisa filter yang sesuai dimana bakteri tertambat. Metode ini dapat juga digunakan untuk menilai efisiensi sediaan.

​

​

40

• Analisa Filtrasi
• Flow in packed beds
• Cake Filtration
• Centrifuges
• Deliquoring
• Washing
• Contoh
• Kompresibiltas cake (Cake compressibility)
• Perhitungan siklus waktu (Cycle time calculations)

​

41

ANALISA FILTRASI

42

Linear Filtration

Centrifugal Filtration

OPSI FILTRASI

43

Backpressure Applied

Retentate Stream

Permeate Stream

Cross Flow Filtration

Feed Tank

OPSI FILTRASI

• Depth filtration
• Particles captured within pore spaces
• Slurries with less than 0.1% solids
• Cake filtration
• Particles bridge pores in medium
• Cake formed on surface of medium
• Cross flow filtration
• Porous tube with cross flow

44

MEKANISME FILTRASI

Driving Forces

• Gravity
• Hydrostatic pressure
• Free filtering materials
• Vacuum
• Downstream pressure below atmospheric
• Rotary drum, moving belt, disc filters
• Pressure
• Pumps or compressed gas
• Plate and frame, leaf
• Centrifugal Force
• Perforated bowl centrifuge, peeler centrifuge

45

Operating Mode

• Constant pressure filtration
• Vacuum pumps, compressed gas
• Constant rate filtration
• Positive displacement pumps
• Variable pressure, variable rate filtration
• Centrifugal pumps

46

Cake Filtration

47

suspension

filter cake

membrane

L, ΔP

Flow Through Packed Beds

48

Carman-Kozeny Equation

Darcy’s Law

Permeability

Beda tekan

Kecepatan superfisial

Viskositas slurry

Tinggi unggun

Porositas

Luas permukaan spesifik

49

Luas filter

Volume filtrat

Padatan kering/satuan luas

Padatan kering/satuan volume filtrat

Massa cake basah/Massa cake kering

Fraksi massa padatan dalam slurry

Densitas Filtrat

Densitas padatan

Ketebalan cake

Porositas

NERACA MASSA

Tulis kembali pers. Darcy ke dalam suku spesifik hambatan cake, volume filtrat, konsentrasi padatan dengan hambatan medium

​

​

​

​

50

Penurunan tekanan cake

Total hilang tekan

Hambatan spesifik cake

Volume filtrat

Padatan kering/satuan luas

Padatan kering/satuan volume filtrat

Hambatan medium

α : Parameter spesifik sistem padat/cair

Persamaan cake filtration

Kemudahan pemisahan

51

Analisa filtrasi

52

Q = laju alir luaran

t = waktu filtrasi

ΔP = penurunan tekanan

A = luas filtasi efektif

μ = viskositas filtrat

α_ave = hambatan spesifik cake rata-tata

c = kg cake kering per volume filtrat

V = volume filtrat

R_m = hambatan medium

Asumsi:

Hambatan tetap

Luas konstan

Gravitasi diabaikan

53

Susun ulang:

Plot t/V vs V – Linier

Slope – sebanding dengan rata-rata hambatan spesifik

Intercept – sebanding dengan hambatan medium

ANALISA DATA PARABOLIK

54

Pressure Drop

Filtrate Flowrate

Incompressible

Highly compressible

Incompressible solids - α is independent of pressure

Kompresibilitas cake

55

Compressible solids - α varies with pressure

Kompresibilitas cake

56

Dengan, 0.1 < s < 0.8 (pada umumnya)

Kadang dinyatakan sebagai:

Dengan α_o, P_o, dan s merupakan parameter emprik

Kompresibilitas cake

• Umumnya linier terhadap hilang tekan keseluruhan hilang tekan cake
• May foul if size chosen inappropriately

​

57

Hambatan Medium

Metode Percobaan dan Analisa�

58

Laboratory Pressure Filtration

Parabolic Data Analysis

Factory or Pilot Plant Filtration

Scale Up Calculations

Representative Slurry

Volume vs Time Data

Cake Size and dry weight

Three-Four Runs at various P’s

Various Medium Types

Ave. Specific Cake Resistance

Medium Resistance

Porosity (bulk density)

Liquor viscosity and density

Compute α_ave, R_m

Sample slurry for laboratory

Volume vs Time data

Cake size and dry weight

Different pressures (if possible)

Different medium types (if possible)

Understand geometric

considerations

Develop a working model

Understand equipment specific

issues

Optimize operational strategy

Centrifugal Separations

59

Constant Pressure Filtration

Filter Media

Cake + Fluid

Fluid

P₃

P_c

P₁

P_o

R₃

R_c

R₁ =R_o

Centrifugal Filtration

60

Driving force and surface area are functions of time, feed profile

​

Filtration equation can be integrated numerically

Constant Pressure Filtration

Centrifugal Filtration

Cross-Flow Filtration

61

Retentate Stream

Permeate Stream

Feed Tank

Backpressure Applied

Concentrate a dilute two phase

(liquid solid) stream

​

Wash out a soluble impurity

(diafiltration)

​

Switch solvents for further processing

​

Scales very easily on filter surface area

Filtration Flux

62

Filtration Time

Permeate Flux

Filtration Flux

Constant

Constant

Filtrate volume

Filtration area

Periodic Operation

63

Filtration Time

Permeate Flux

Backpressure Applied

Cycle Time Analysis

• Cake formation
• Operation times that depend on cake thickness
• Washing, deliquoring
• Operation times independent of cake thickness
• Loading, cake discharge, cleaning

64

Deliquoring

• Application of vacuum
• Blowing with compressed gas
• Centrifugation
• Compression of the cake
• Complete drainage is not usually achieved
• Final drying with hot gas flow through cake is used
• Kinetics and equilibrium of deliquoring
• Threshold pressure: minimum pressure to achieve reduction in saturation
• Irreducible saturation: limiting value of saturation beyond which no reduction in liquid content is possible

65

Deliquoring Time

66

Cake permeability

Liquid viscosity

Cake thickness

Porosity

Gas pressure

Mean particle size

Surface tension

Dimensionless Time

Dimensionless Pressure Difference

Reduced Saturation

Capillary Number

Irreducible Saturation

Threshold Pressure

Deliquoring Time

67

Reduced Saturation S_R

1

1

Dimensionless time θ

Dimensionless pressure

difference

Washing

• Remove contaminants in retained liquor
• Methods
• Displacement washing
• Reslurrying followed by refiltering
• “Perfect” displacement washing
• Wash volume=void volume
• Solute concentration=initial concentration
• Actual washing
• Wash liquor tends to proceed through preferential pathways or cracks in cake
• Concentration of solute in wash liquid depends on mixing and mass transport

68

Displacement Washing

69

Wash Volume

c/c₀

Perfect displacement washing

(no. of void volumes)

1

1

Actual washing

Washing Curves

70

Wash Ratio

c/c₀

Saturated cake: displacement

followed by mixing and diffusion

1

1

Drained cake:

No displacement stage

Washing curve for partially drained cakes will be in between curves for saturated and drained cake

Washing Analysis

• “Perfectly Mixed” washing

​

​

​

71

Concentration at end of displacement washing

Wash flowrate/area

Cake thickness

Time from end of displacement washing

Time

ln c

Washing Analysis

72

• Combined mixing and diffusion effects
• Dispersion parameter

​

​

​

​

​

• Perfect mixing

Wash velocity

Cake thickness

Axial dispersion

Wash ratio

Adsorption effects

Washing Analysis

73

c/c₀

1

1

Wash Ratio

Washing curves as a function of dispersion parameter

Washing Time

74

Wash Ratio

Washing Time

Cake formation time

Wash ratio

Washing time

Cake formation time

75

Tiga kondisi tekanan dengan kristal slurry sama

CONTOH ANALISA FILTRASI

76

Start up Effects

Cake Filtration

Cake Deliquoring

CONTOH ANALISA FILTRASI

77

CONTOH ANALISA FILTRASI

78

Start up Effects

Cake Deliquoring

CONTOH ANALISA FILTRASI

79

Intercept

Slope

Intercept

Slope

CONTOH ANALISA FILTRASI

80

CONTOH ANALISA FILTRASI

81

ANALISA FILTRASI - KOMPRESIBILITAS

82

Sedikit kompresibel

​

Harapan:

Ada pengaruh tekanan terhadap flux filtrasi

Mungkin dapat diterima filtasi di sentrifuse

ANALISA FILTRASI KOMPRESIBILITAS

83

Volume Filtrat sebagai fungsi waktu pada berbagai tekanan

​

Memahami hubungan antara hambatan cake spesisifik dan tekanan (kompesibilitas)

​

Karateritik sistem cair padat (sifat milik dsb)

​

Bagaimana pembesaran skala untuk memahami siklus waktu proses ?

ANALISA FILTRASI – SCALE UP

84

Parameter: R_m, α - diketahui dari pengecilan skala (scaled down) percobaan

Data lain diketahui

Asumsi: Komposisi slury sama, filter media sama, 25 psi

​

Waktu filtrasi

ANALISA FILTRASI – SCALE UP

Cycle Time Analysis Example

Filtration and wash times for scale-up options based on constant flux (L/M²H)

85