separasimekanik - elista:.
advertisement
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.