separasimekanik - elista:.

SEPARASI MEKANIK
*Pemisahan komponen-komponen dari suatu campuran sehingga menjadi
fraksifraksi individual.
*Fraksi-fraksi itu mungkin berbeda satu sama lain dalam ukuran partikel,
fase, atau
komposisi kimianya.
*Misalnya:
-produk mentah mungkin harus dimurnikan dengan memisahkan
ketakmurnian yang mencemarinya;
-dua produk atau lebih di dalam suatu campuran mungkin harus
dipisahkan
menjadi hasil-hasil murni tersendiri;
-arus yang keluar dari suatu langkah proses mungkin terdiri dari
campuran
antara produk dan bahan mentah yang belum terkonversi, yang harus
dipisahkan, sehingga bahan mentah yang tidak berubah dapat
didaurkan
kembali ke zone reaksi untuk pengolahan lebih lanjut;
-atau suatu zat yang berharga, seperti bijih logam, yang terdispersi di
dalam
massa bahan yang tidak diperlukan harus dibebaskan dan dipulihkan,
sedang bahan yang tidak berguna dibuang.
*Banyak metode yang diciptakan untuk melaksanakan 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 soal
yang
dihadapi.
*Prosedur pemisahan komponen-komponen campuran dapat dikelompokkan
menjadi dua golongan, yaitu:
-Golongan pertama meliputi metode-metode, yang biasanya disebut
operasi
difusi (diffusional operation) yang meliputi perubahan fase atau
perpindahan
bahan dari satu fase ke fase yang lain
-Golongan kedua meliputi metode-metode yang dinamakan separasi
mekanik
atau pemisahan mekanik (mechanical separation), yang digunakan
untuk
memisahkan partikel zat padat atau tetesan zat cair.
*Separasi mekanik dipakai untuk campuran heterogen, bukan untuk larutan
homo
gen.
*Terutama adalah mengenai partikel ukuran lebih besar dari 0,1 µm.
*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.
*Penggunaan perbedaan laju sedimentasi partikel atau tetesan pada waktu
bergerak
melalui zat cair atau gas.
PEMISAHAN ATAS DASAR GERAKAN PARTIKEL MELALUI
FLUIDA
*Banyak metode separasi mekanik yang didasarkan atas gerakan partikel zat
padat
atau tetesan zat cair melalui fluida.
*Fluida itu mungkin gas atau zat cair; dan mungkin berada pada keadaan
mengalir
atau keadaan diam.
*Dalam beberapa situasi, tujuan daripada proses itu ialah untuk
mengeluarkan
partikel dari arus fluida untuk mengeluarkan pengotor yang terdapat di
dalam
fluida atau untuk memulihkan partikel, sebagaimana dalam pembersihan
udara
atau gas buang terhadap debu dan uap racun atau untuk membuang zat
padat dari
air limbah.
*Dalam hal lain, partikel itu sengaja disuspensikan di dalam fluida supaya
dapat
dipisah-pisahkan menjadi fraksi-fraksi yang berbeda ukuran atau
densitasnya.
Fluida itu lalu dipulihkan, kadang-kadang 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 berlangsung
percepatan,
yaitu selama waktu kecepatan itu 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.
Proses Pengendapan Gravitasi
*Partikel-partikel yang lebih berat dari fluida tempat partikel itu tersuspensi
dapat
dikeluarkan di dalam kotak pengendap atau tangki pengendap (settling
tank), di
mana kecepatan fluida itu cukup kecil dari partikel itu mendapat waktu
yang
cukup untuk mengendap ke luar dari suspensi itu.
*Separator-separator industri hampir semuanya mempunyai fasilitas untuk
menge
luarkan zat padat yang mengendap. Peralatan pengendap
yang dapat
memisahkan
hampir seluruh partikel dari zat cair dinamakan klarifikator (clarifier),
sedang
alat yang memisahkan zat padat menjadi dua fraksi disebut klasifikator
(classifier).
*Klasifikator gravitasi. Kebanyakan klasifikator yang digunakan dalam
pengolahan kimia memisahkan zat padat atas dasar ukuran dalam situasi di
mana
densitas partikel halus dan partikel besar itu sama.
*Klasifikator mekanik banyak digunakan dalam penggilingan rangkaiantertutup
misalnya dalam operasi metalurgi. Di sini, partikel yang relatif kasar
disebut pasir
(sand) sedang bubur partikel halus disebut lanyau (slime). Waktu diatur
sedemikian sehingga pasir mengenap ke dasar alat, sedang lanyau terbawa oleh
zat
cair keluar.
*Contoh klasifikator mekanik terlihat pada gambar sbb:
Gambar.Klasifikator pengendapan-basah aliran silang.
*Dalam alat ini, sebagai bejana pengendap digunakan palung miring di
mana zat
melimpah pada ujung yang rendah. Bubur disimpankan secara kontinu ke
dalam
palung itu pada suatu titik antara. Laju aliran dan konsentrasi diatur
sehingga
partikel halus tidak punya cukup waktu untuk mengendap, tetapi malah
terbawa
ke luar bersama zat cair yang meninggalkan klasifikator. Partikel-partikel
besar
tenggelam ke dasar palung, dan dikeluarkan dari situ.
*Dalam klasifikator aliran silang pada palungnya berbentuk setengah
silinder
yang dipasang dengan sudut 120 terhadap horisontal. Konveyor heliks
berputar
memindahkan zat padat yang mengendap itu ke arah atas pada dasar
palung,
sampai keluar dari kolam zat cair itu dan masuk ke corong pembuang
pasir.
*Contoh penerapannya ialah dalam hubungan dengan mesin-giling bola
atau
batang untuk menghaluskan partikel sampai 8 dan 20 mesh.
*Klasifikator ini mengangkat partikel kasar dan membawanya kembali ke
dalam
mesin giling, sehingga tidak diperlukan lagi konveyor atau elevator.
*Untuk pemisahan partikel halus secara ketat, kita harus menggunakan
klasifikator jenis lain.
*Klasifikator pemilah.
Alat yang memisah partikel-partikel yang berbeda densitasnya
dikenal dengan nama klasifikator pemilah atau klasifikator sortasi (sorting
classifier). Alat ini menggunakan salah satu dari dua metode pokok - yaitu
karam-dan-kambang (sink-and-float) dan pengendapan diferensial.
*Metode karam-dan-kambang.
Metode karam-dan-kambang menggunakan medium pemilah cair
yang densitasnya terletak di antara bahan yang ringan dan yang berat.
Partikel berat akan mengendap melalui medium, sedang yang lebih ringan
mengapung dan dengan demikian terjadi pemisahan. Metode ini
mempunyai keuntungan bahwa, pada asasnya, pemisahan itu bergantung
hanya pada perbedaan densitas kedua bahan itu dan tidak bergantung pada
ukuran partikel. Metode ini disebut separasi fluida-berat (heavy fluid
separation).
*Proses-proses fluida berat digunakan untuk menangani partikel yang
relatif
kasar, biasanya lebih besar dari 10 mesh.
*Masalah pertama dalam penggunaan metode karam-dan-kambang ialah
pemilihan medium cairnya yang gravitasnya tepat untuk membuat bahan
yang
ringan mengambang dan bahan yang berat tenggelam. Untuk itu kita
dapat
menggunakan zat cair yang sebenarnya, tetapi oleh karena gravitas
spesifik
medium itu harus bernilai sekitar 1,3 sampai 3,5 atau lebih, hanya ada
beberapa
zat cair saja yang memenuhi syarat dalam hal berat, murah, tak beracun,
dan tak
bersifat korosi, yaitu banyak digunakan hidrokarbon berhalogen.
*Untuk mencuci batu bara digunakan larutan kalsium klorida, atau dipilih
medium yang lebih umum ialah zat cair semu (pseudo liquid) yang terdiri
dari
partikel halus mineral berat di dalam air. Untuk itu dapat digunakan
magnetit
(gravitas spesifik = 5,17), ferosilikon (gravitas spesifik = 6,3 sampai 7,0),
dan
galena (gravitas spesifik = 7,,5).
*Metode pengendapan diferensial. Metode
pengendapan
diferensial
(differential
settling method) memanfaatkan perbedaan antara kecepatan terminal yang
terdapat antara dua bahan yang densitasnya berbeda.
*Densitas medium sedikit lebih rendah dari kedua bahan.
*Kelemahan metode ini ialah bahwa karena campuran bahan yang akan
dipisah
kan itu meliputi berbagai ukuran partikel, partikel besar tetapi ringan akan
mengendap dengan laju yang sama dengan partikel kecil yang berat,
sehingga
kita akan mendapatkan fraksi campuran.
*Dalam pengendapan diferensial, baik partikel ringan maupun partikel berat
akan
mengendap melalui medium yang sama.
*Metode ini melahirkan konsep partikel dengan pengendapan sama.
*Misal: partikel-partikel dua bahan A dan B yang mengendap melalui
medium
yang mempunyai densitas ρ. Diumpamakan diantara kedua bahan itu A
adalah
bahan yang lebih berat; misalnya komponen A adalah galena (gravitas
spesifik =
7,5) dan komponen B kuarsa (gravitas spesifik = 2,65). Kecepatan terminal
partikel yang ukurannya Dp dan densitasnya ρp yang mengendap karena
gravitasi
di dalam medium yang densitasnya ρ diberikan dalam suatu persamaan
untuk
pengendapan di dalam rejim hukum Stoke. Persamaan ini dapat dituliskan,
untuk
partikel galena yang densitasnya ρpA dan diameternya DpA , sebagai
utA =
2
gD pA
( pA  )
18
(a)
Untuk partikel kuarsa yang densitasnya ρpB dan diameternya DpB,
utB =
2
gD pB
( pB  )
18
(b)
Untuk partikel yang kecepatan pengendapannya sama, utA = utB, sehingga
DpA

DpB
 pB  
 pA  
(c)
Untuk pengendapan di dalam rejim hukum Newton, diameter partikel yang
pe
ngendapannya sama, dari persamaan ut = 1,75
gD p ( p  )

(hk.Newton
untuk
partikel agak besar yg jatuh dalam fluida dg µ rendah) , dihubungkan
oleh persamaan
D pA
D pB

 pB  
 pA  
(d)
Pengertian rasio diameter pengendapan-sama ini di dalam proses separasi
terlihat
pada gambar di bawah ini:
Gambar. Partikel-partikel yang pengendapnya sama
di mana kurva ut vs. Dp digambarkan grafiknya untuk komponen A dan B,
pada
pengendapan hukum Stoke. Misalkan diameter kedua bahan itu berkisar
antara
titik Dp1 dan Dp4
komponen
pada sumbu ukuran partikel. Jadi, semua partikel
ringan B yang diameternya terletak antara Dp1 dan Dp2 akan mengendap
lebih
lambat dari partikel bahan berat A dan bisa didapatkan sebagai fraksi
murni.
Tetapi, setiap partikel bahan berat A yang diameternya terletak antara Dp3
dan Dp4
mengendap lebih cepat dari partikel bahan berat B dan bisa juga didapatkan
sebagai fraksi murni. Tetapi setiap partikel ringan yang diameternya antara
Dp2
dan Dp4 akan mengendap dengan kecepatan yang sama seperti partikel A
yangmempunyai ukuran antara Dp1 dan Dp3, dan semua partikel yang ukurannya
demikian akan membentuk fraksi campuran.
*Persamaan (c) dan (d) menunjukkan bahwa ketajaman pemisahan dapat
diperbaiki jika densitas medium yang digunakan lebih tinggi.
*Dari gambar partikel yang pengendapnya sama, jelas pula bahwa fraksi
campuran dapat dikurangi atau dihilangkan sama sekali dengan mengatur
ukuran
umpan secara lebih ketat. Misalnya, jika ukuran partikel umpan adalah
antara Dp3
dan Dp4 dalam gambar tersebut, kita bisa mendapatkan pemisahan total.
*Klarifikator dan pengendapan penebal. Untuk klasifikasi atau pemisahan
zat
padat yang agak kasar, yang mempunyai kecepatan pengendapan cukup
besar,
pemisahan dengan gravitasi pada kondisi pengendapan bebas atau
terganggu
biasanya cukup memuaskan. Untuk memisahkan partikel halus yang
diameternya
beberapa mikrometer atau kurang, kecepatan pengendapannya akan terlalu
rendah,
dan
agar
operasinya
praktis,
partikel-partikel
itu
mesti
diflokulasikan,
sehingga menjadi partikel besar yang mempunyai kecepatan pengendapan
yang
memadai.