Upload
intan-mahanani
View
241
Download
11
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Peralatan dalam proses industri
Citation preview
PERALATAN DALAM PROSES INDUSTRI
Dalam proses industri, pada dasarnya digunakan peralatan-peralatan dengan prinsip
yang sama dengan peralatan-peralatan untuk proses sederhana di laboratorium. Akan tetapi
karena penggunaannya dalam skala industri atau skala besar, peralatan-peralatan yang berada di
laboratorium tidak mungkin untuk digunakan. Hal ini dikarenakan peralatan-peralatan tersebut
akan menjadi tidak efektif dan membutuhkan biaya yang lebih besar. Oleh karena itu, untuk
proses industri, digunakan peralatan-peralatan khusus yang dirancang sesuai dengan kebutuhan
masing-masing proses industri. Berikut ini adalah penjelasan mengenai peralatan-peralatan
industri yang digunakan dalam masing-masing proses industri.
A. Filtrasi
Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya
pada medium penyaringan, atau septum, dimana zat padat itu tertahan. Pada industri,
filtrasi ini meliputi ragam operasi mulai dari penyaringan sederhana hingga pemisahan
yang kompleks. Berikut ini akan dijelaskan mengenai prinsip kerja peralatan untuk filtrasi
beserta jenis-jenisnya.
1. Prinsip kerja
Pada filtrasi yang menggunakan plate dan bingkai jika ditinjau dari cara
kerjanya, alat ini bekerja berdasarkan driving and force, yaitu perbedaan tekanan.
Filter plat dan bingkai digunakan untuk memisahkan padatan cairan dengan media
berpori dimana cairan akan diteruskan sedangkan padatan akan tertahan.
Pada permulaan filtrasi pada penyaring kue beberapa partikel padat memasuki
medium pori dan ditahan, tetapi dengan segera mulai berkumpul di permukaan
septum. Setelah periode awal ini padatan mulai terfiltrasi; padatan tersebut mulai
menebal di permukaan dan harus dibersihkan secara periodik.Kecuali dilengkapi
kantong penyaring untuk pembersih gas, penyaring umumnya hanya digunakan untuk
pemisahan padat-cair. Penyaring dapat dioperasikan dengan tekanan di atas atmosfer
pada aliran atas medium penyaring atau tekanan vakum pada aliran bawah.
1
2. Jenis Alat
Ada beberapa jenis filter yang dapat digunakan dalam proses filtrasi sesuai
dengan fungsi masing-masing. Berikut ini adalah beberapa jenis filter dengan masing-
masing fungsi dan cara penggunaannya:
a. Filter Gravitasi (Gravity Filter)
Filter ini tersusun atas tangki-tangki yang bagian bawahnya berlubang-
lubang dan diisi dengan pasir-pasir berpori dimana fluida mengalir secara laminer.
Filter ini digunakan untuk proses fluida dengan kuantitas yang besar dan
mengandung sedikit padatan. Contohnya : pada pemurnian air
.
b. Filter Pelat dan Bingkai
Filter ini terdiri dari plat dan bingkai yang terpasang dengan suatu medium
filter di atas sisi masing-masing plat itu. Plat tersebut mempunyai saluran yang
memotong plat tersebut sehingga filtrat cairan yang bersih dapat mengalir ke
bawah pada masing-masing plat tersebut.
2
c. Batch Leaf Filter
Filter daun mirip dengan filter pelat
dan bingkai, di bagian dalamnya cake
disimpan pada setiap sisi daun dan filtrat
mengalir keluar melalui saluran dari
saringan pembuangan air yang kasar pada
daun di antara cake, daun-daun tersebut
dibenamkan ke dalam suspensi. Contoh :
pembuatan Mg dari air laut.
d. Filter Press
Suatu mesin pres bersaringan berisi satu set plat yang didesain untuk
menyediakan serangkaian ruang atau kompartemen yang didalamnya padatan
dikumpulkan. Plat-plat tersebut dilingkupi medium penyaring seperti kanvas.
Lumpur dapat mencapai tiap-tiap kompartemen dengan tekanan tertentu : cairan
melalui kanvas dan keluar ke pipa pembuangan, meninggalkan padatan
dibelakangnya. Plat dari suatu mesin pres bersaringan dapat berbentuk
persegi atau lingkaran, vertikal atau horizontal.
B. Adsorpsi
Adsorpsi adalah proses difusi suatu komponen pada suatu permukaan atau antar
partikel. Dalam adsorpsi terjadi proses pengikatan oleh permukaan adsorben padatan atau
cairan terhadap adsorbat atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul lainnya. Untuk proses
tersebut, bisa digunakan adsorben, baik yang bersifat polar (silika, alumina dan tanah
3
diatomae) ataupun non polar (arang aktif). Dalam adsorpsi kimia partikel melekat pada
permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung
mencari tempat yang memaksimumkan bilangan koordinasi dengan substrat. Contoh : Ion
exchange.
1. Prinsip Kerja
Untuk resin penukar ion (ion exchange) proses adsorpsi sebenarnya merupakan suatu
reaksi kimia dimana suatu ion dibebaskan dari resin sedangkan ion yang lain
diadsorpsi seperti pada persamaan reaksi d bawah. Sebagian besar resin kation terbuat
dari bahan dasar DVB (Divinilbenzena) dengan gugus aktif sulfonat seperti ditunjukan
pada gambar dibawah:
2. Jenis Alat
a. Anion exchange resin (resin penukar anion), yaitu resin yang mempunyai
kemampuan menyerap/menukar anion-anion yang ada dalam air. Resin ini
biasanya berupa gugus amin aktif. Misalnya : R – NH2 (primary amine), R –
R1NH (secondery amine), R – R21N (tertiary amine), R – R3
1 NOH ( quartenary
amine). Dalam notasi diatas R menunjukan polimer hidrokarbon dan R1
menunjukkan gugus tertentu misalnya CH2.
b. Cation exchange resin (resin penukar kation),
yaitu resin yang mempunyai kemampuan
menyerap/ menukar kation-kation seperti Ca, Mg,
Na dsb. Yang ada dalam air. Contoh : Hidrogen
zeolith (H2Z), resin organic yang mempunyai
gugus aktif SO3H(R.SO3H), dan sulfonated coal.
4
C. Distilasi
Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan
perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan,
campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke
dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu.
Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan
proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan
menguap pada titik didihnya.
1. Prinsip Kerja
Prinsip dari proses ini adalah campuran yang
akan dipisahkan, dimasukkan dalam alat distilasi. Di
bagian bawah alat terdapat pemanas yang berfungsi
untuk menguapkan campuran yang ada. Uap yang
terbentuk akan mengalir ke atas dan bertemu cairan
(distilat) di atas. Zat-zat bertitik didih rendah dalam
cairan akan teruapkan dan mengalir ke atas, sedang
zat-zat bertitik didih tinggi dalam uap akan kembali
mengembun dan mengikuti aliran cairan ke bawah.
Pada kilang minyak Tahap awal
proses pengilangan berupa proses
distilasi (penyulingan) yang berlangsung
di dalam Kolom Distilasi Atmosferik dan
Kolom Distilasi Vacuum. Di kedua unit
proses ini minyak mentah disuling
menjadi fraksi-fraksinya, yaitu gas,
distilat ringan (seperti minyak bensin),
distilat menengah (seperti minyak tanah,
5
minyak solar), minyak bakar (gas oil), dan residu. Pemisahan fraksi tersebut
didasarkan pada titik didihnya.
2. Jenis Alat
Secara fundamental semua proses-proses distilasi dalam
kilang minyak bumi adalah sama. Semua proses distilasi
memerlukan beberapa peralatan yang penting seperti :
a. Kondensor dan cooler
b. Menara fraksional
c. Kolom stripping Kolom Stripping
D. Koagulasi
Koagulasi adalah proses destabilisasi koloid dengan bantuan koagulan. Senyawa
koagulan adalah senyawa yang mempunyai kemampuan mendestabilisasi koloid dengan
menetralkan muatan listrik pada permukaan koloid sehingga terbentuk inti gumpalan (inti
flok) dan dapat bergabung satu sama lain membentuk flok dengan ukuran yang lebih besar
sehingga mudah mengendap (Sawyer, 2003).
1. Prinsip Kerja
Mekanisme kerja alat ini adalah sebagai berikut. Gas buangan dialirkan melalui
ujung-ujung logam yang tajam yang telah diberi tegangan tinggi. Ujung-ujung logam
ini akan melepas elektron-elektron dengan kecepatan tinggi yang akan mengionisasi
molekul-molekul di udara. Partikel-partikel koloid dalam gas buangan akan
mengadsorbsi ion-ion ini sehinggan menjadi bermuatan positif. Partikel-partikel koloid
selanjutnya akan tertarik ke elektrode dengan muatan berlawanan dan menggumpal.
2. Jenis Alat
Alat yang sering digunakan dalam industri untuk proses koagulasi adalah
pengendap Cottrell. Alat ini digunakan untuk memisahkan partikel-partikel koloid
seperti asap dan debu yang terkandung dalam gas buangan pabrik. Hal ini bertujuan
untuk mengurangi zat-zat polusi udara, di samping dapat digunakan untuk
memperoleh kembali debu berharga seperti debu arsenik oksida.
6
Pengendap Cottrel
E. Kristalisasi
Kristalisasi adalah proses pembentukan kristal padat dari suatu larutan induk yang
homogen. Proses ini adalah salah satu teknik pemisahan padat-cair yang sangat penting
dalam industri, karena dapat menghasilkan kemurnian produk hingga 100%.
1. Prinsip Kerja
Secara sederhana proses kerja Draft Tube Baffle (DTB) Crystallizers dapat
dibedakan menjadi dua bagian. Bagian
pertama adalah proses kristalisasi dan
bagian kedua adalah proses klarifikasi.
Pada bagian kristalisasi, bahan sample
dan cairan induk (mother liquit)
dimasukkan kedalam tangki DTB
Crystallizers melalui sebuah pipa,
komponen ini akan mendorong bahan naik ke atas dalam suatu tabung isap. Didalam
tabung isap bahan akan tercampur dan mengalami sirkulasi dengan bantuan Agitator
(pemutar/pengaduk) yang berada di dalam tangki bagian bawah, Kedua bahan ini akan
membentuk magma melalui fase lewat-jenuh yang ditingkatkan. Magma yang
terbentuk akan mengalami perubahan density sehingga uap yang terkandung di
dalamnya akan terlepas kepermukaan magma menuju ke Vapors Separation
7
(pemisahan uap). Magma yang mengalami perubahan density akan mengalami proses
nukleasi (pembentukan inti kristal), kristal yang terbentuk akibat proses nukleasi akan
mengendap kadasar larutan dan sebagian akan naik ke permukaan. Kristal yang
mengendap akan mengalami pemisahan antara kristal halus dan kristal kasar, pada
zona penyelesaian sebagian Kristal akan dikeluarkan dari dasar tangki dan selebihnya
dijadikan umpan bersama cairan induk untuk melakukan proses sirkulasi guna
melarutkan partikel-partikel halus yang masih mengendap. Pada bagian klarifikasi
akan terjadi pemisahan pada bentuk kristal, Kristal yang sesuai dengan keinginan akan
diambil dan kristal yang belum sesuai (ukurannya besar/kasar) akan dikembalikan ke
zona kristalisasi untuk proses lebih lanjut.
2. Jenis Alat
Jenis-jenis alat kristalitator antara lain:
a. Draft Tube Baffle Crystallizer
b. Cooling Crystallizers
c. Evaporative crystallizers
d. Forced Circulation Crystallizers
e. Induced Circulation Crystallizers
f. Oslo Type Crystallizer
g. Vacuum Crystallizer
h. Agitated Batch Crystallizer Draft Tube Baffle Crystallizer
i. Swenson Walker Crystallizer
j. Crystal Vacuum Crystallizer
k. Oslo Surface Cooled Crystallizer
F. Evaporasi
Penguapan atau evaporasi adalah proses perubahan molekul di dalam keadaan cair
(contohnya air) dengan spontan menjadi gas (contohnya uap air). Proses evaporasi dengan
skala komersial di dalam industri kimia dilakukan dengan peralatan yang namanya
evaporator.
8
1. Prinsip Kerja
Struktur keseluruhan dari proses adalah pra-treatment, pemisahan solid-liquid,
konsentrasi, purifikasi dan formulasi. Proses evaporasi terjadi pada tahap konsentrasi
dari proses downstream dan digunakan secara luas untuk proses pembuatan makanan,
kimia, dan mendaur ulang pelarut. Tujuan dari evaporasi adalah menguapkan air yang
ada pada larutan yang mengandung produk yang diinginkan. Setalah proses pra-
treatment dan separasi, larutan sering kali mengandung 85% air. Hal ini tidak cocok
dengan penggunaan industri karena biaya yang dikeluarkan dalam proses dengan
jumlah larutan yang banyak, karena membutuhkan peraltan yang lebih besar.
2. Jenis Alat
Jenis evaporator yang sering digunakan adalah evaporator bare-tube karena
proses pengambilan panas terjadi langsung dari bahan ke ferigeran. Terdapat beberapa
tipe evaporator yang sering digunakan, seperti pipa ganda, Baudelot cooler, tipe tank,
shell and coil cooler dan shell and tube cooler
.
G. Ekstraksi
Ekstraksi adalah pemisahan satu atau beberapa bahan dari suatu padatan atau cairan
dengan bantuan pelarut. Pemisahan terjadi atas dasar kemampuan larut yang berbeda dari
komponen-komponen dalam campuran. Proses ekstrasi dibagi menjadi 2 macam, yaitu
9
ekstraksi padat-cair dan ekstraksi cair-cair. Alat yang digunakan untuk proses ekstraksi
disebut dengan ekstraktor.
1. Prinsip Kerja
a. Ekstraksi Padat-Cair
Bahan ekstraksi padat dicampur beberapa kali dengan pelarut segar di dalam
sebuah tangki pengaduk. Ekstraktor-ekstraktor yang sebenarnya adalah tangki-
tangki dengan pelat ayak yang dipasang di dalamnya. Ekstraktor semacam ini
hanya sesuai untuk bahan padat dengan partikel yang tidak terlalu halus. Yang
lebih ekonomis lagi adalah penggabungan beberapa ekstraktor-ekstraktor yang
dipasang seri dan aliran beberapa bahan ekstraksi berlawanan dengan aliran
pelarut, pada ekstraksi bahan-bahan yang peka terhadap suhu terdapat sebuah bak
penampung sebagai pengganti ketel destilasi. Dari bak tersebut larutan ekstrak
dialirkan ke dalam alat penguap vakum. Uap pelarut yang terbentuk kemudian
dikondensasikan, pelarut didinginkan dan dialirkan kembali ke dalam ekstraktor
dalam keadaan dingin.
b. Ekstraksi Cair-Cair
Ekstraksi cair-cair terutama digunakan, bila pemisahan campuran dengan
cara destilasi tidak mungkin dilakukan (misalnya karena pembentukan azeotrof
atau karena kepekaannaya terhadapa panas ) atau tidak ekonomis.
2. Jenis Alat
Jenis-jenis ekstraktor padat-cair kontinu :
a. Ekstraktor keranjang
Pada ekstraktor keranjang, bahan ekstraksi
terus-menerus dimasukkan ke dalam sel-sel yang
berbentuk juring atau sector dari sebuah rotor yang
berputar lambat mengelilingi poros vertical. Bagian
bawah sel-sel ditutup sebuah pelat ayak
10
b. Ekstraktor sabuk
Pada ekstraktor ini,
bahan ekstraksi diumpan
secara kontinu di atas sabuk
ayak yang melingkar.
Disepanjang sabuk bahan
dibasahi oleh pelarut atau
larutan ekstrak dengan
konsentrasi yang meningkat dan arah aliran berlawanan setelah itu bahan
dikeluarkan dari ekstraktor.
Jenis-jenis ekstraktor cair-cair kontinu:
a. Kolom ekstraksi
Dalam sebuah kolom ekstraksi
vertical bahan ekstraksi cair dan pelarut
saling dikontakkan dengan arah aliran
yang berlawanan. Dengan bantuan
pompa cairan yang lebih ringan
dimasukkan dari bagian bawah, dan
cairan berat dari bagian atas kolom
secara kointinu.
b. Kolom semprot
Pada kolom semprot, fasa ringan hanya
didistribusikan satu kali oleh suatu perlengkapan
distribusi yang berada di bawah ujung kolom.
Tetes-tetes yang terbentuk bergelembung
menembus fasa berat dan berkumpul menjadi satu
pada ujung kolom
11
c. Kolom pelat ayak
Fasa ringan yang berkumpul di
bawah setiap pelat ayak didorong ke
atas oleh fasa berat melalui lobang-
lobang pelat dan pada saat yang sama
terpecah menjadi tetes-tetes
H. Kondensasi
Kondensasi atau pengembunan adalah perubahan wujud benda ke wujud yang lebih
padat, seperti gas atau uap menjadi cairan. Proses terjadinya kondensasi dapat dilihat
ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi
(yaitu, tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari pendinginan
dan kompresi.
Kondensor adalah suatu alat untuk terjadinya kondensasi refrigeran uap dari
kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Kondensor sebagai alat penukar kalor
berguna untuk membuang kalor dan mengubah wujud refrigeran dari uap menjadi cair.
Berikut ini adalah penjelasan lebih lanjut mengenai kondensor.
1. Prinsip Kerja
Uap refrigeran yang
keluar dari generator akan
memasuki kondensor. Uap yang
bersuhu tinggi ini sebelum
masuk ke evaporator terlebih
dahulu didinginkan di
kondensor. Panas uap dari
refrigeran secara konveksi akan
12
mengalir ke pipa kondensor. Panas akan mengalir ke sirip-sirip kondensor sehingga
panas tersebut dibuang ke udara bebas melalui sirip dengan cara konveksi alamiah.
Sehingga untuk memperluas daya konveksi maka luas sirip dirancang
semaksimal mungkin. Suhu uap refrigeran didalam kondensor ini akan turun tetapi
tekanannya tetap tidak berubah. Bila penurunan suhu gas mencapai titik
pengembunannya maka akan terjadi proses pengembunan (kondensasi), dalam hal ini
terjadi perubahan wujud gas menjadi liquid yang tekanan dan suhunya masih cukup
tinggi (tekanan kondensing).
Proses pendinginan dikondensasikan tersebut menghasilkan refrigeran
berbentuk cairan (liquid). Proses kondensasi yang terjadi selama proses percobaan
tidak stabil karena menggunakan pendingin udara yang kecepatan udaranya tidak
konstan. Jika semakin tinggi kecepatan udara maka pembuangan panas ke udara
semakin efektif
2. Jenis
Menurut zat yang mendinginkannya, kondensor dapat dibagi menjadi tiga jenis yaitu:
a. Kondensor berpendingin air (water cooled condenser)
b. Kondensor berpendingin udara (air cooled condenser)
c. Kondensor berpendingin campuran udara dan air (evaporative condenser)
Kondensor berpendingin air Kondensor berpendingin udara
13
Kondensor evaporatif
14