FILTRASI
Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, yang di atasnya padatan akan terendapkan. Range filtrasi pada industri mulai dari penyaringan sederhana hingga pemisahan yang kompleks. Fluida yang difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin saja cairan, padatan, atau keduanya. Suatu saat justru limbah padatnyalah yang harus dipisahkan dari limbah cair sebelum dibuang. Di dalam industri, kandungan padatan suatu umpan mempunyai range dari hanya sekedar jejak sampai persentase yang besar. Seringkali umpan dimodifikasi melalui beberapa pengolahan awal untuk meningkatkan laju filtrasi, misal dengan pemanasan, kristalisasi, atau memasang peralatan tambahan pada penyaring seperti selulosa atau tanah diatomae. Oleh karena varietas dari material yang harus disaring beragam dan kondisi proses yang berbeda, banyak jenis penyaring telah dikembangkan, beberapa jenis akan dijelaskan di bawah ini.
Fluida mengalir melalui media penyaring karena perbedaan tekanan yang melalui media tersebut. Penyaring dapat beroperasi pada:
- tekanan di atas atmosfer pada bagian atas media penyaring,
- tekanan operasi pada bagian atas media penyaring,
- dan vakum pada bagian bawah.
Tekanan di atas atmosfer dapat dilaksanakan dengan gaya gravitasi pada cairan dalam suatu kolom, dengan menggunakan pompa atau blower, atau dengan gaya sentrifugal. Penyaring sentrifugal didiskusikan pada seksi berikutnya pada bab ini. Dalam suatu penyaring gravitasi media penyaring bisa jadi tidak lebih baik daripada saringan (screen) kasar atau dengan unggun partikel kasar seperti pasir. Penyaring gravitasi dibatasi penggunaannya dalam industri untuk suatu aliran cairan kristal kasar, penjernihan air minum, dan pengolahan limbah cair.
Kebanyakan penyaring industri adalah penyaring tekan, penyaring vakum, atau pemisah sentrifugal. Penyaring tersebut beroperasi secara kontinyu atau diskontinyu, tergantung apakah buangan dari padatan tersaring tunak (steady) atau sebentar-sebentar. Sebagian besar siklus operasi dari penyaring diskontinyu, aliran fluida melalui peralatan secara kontinu, tetapi harus dihentikan secara periodik untuk membuang padatan terakumulasi. Dalam saringan kontinyu buangan padat atau fluida tidak dihentikan selama peralatan beroperasi.
Penyaring dibagi ke dalam tiga golongan utama, yaitu penyaring kue (cake), penyaring penjernihan (clarifying), dan penyaring aliran silang (crossflow). Penyaring kue memisahkan padatan dengan jumlah relatif besar sebagai suatu kue kristal atau lumpur, sebagaimana terlihat dalam Gb. 30.4.a. Seringkali penyaring ini dilengkapi peralatan untuk membersihkan kue dan untuk membersihkan cairan dari padatan sebelum dibuang. Penyaring penjernihan membersihkan sejumlah kecil padatan dari suatu gas atau percikan cairan jernih semisal minuman. Partikel padat terperangkap didalam medium penyaring (Gb. 30.4.b) atau di atas permukaan luarnya. Penyaring penjernihan berbeda dengan saringan biasa, yaitu memiliki diameter pori medium penyaring lebih besar dari partikel yang akan disingkirkan. Di dalam penyaring aliran silang, umpan suspensi mengalir dengan tekanan tertentu di atas medium penyaring (Gb. 30.4.c). Lapisan tipis dari padatan dapat terbentuk di atas medium permukaan, tetapi kecepatan cairan yang tinggi mencegah terbentuknya lapisan. Medium penyaring adalah membran keramik, logam, atau polimer dengan pori yang cukup kecil untuk menahan sebagian besar partikel tersuspensi. Sebagian cairan mengalir melalui medium sebagai filtrat yang jernih, meninggalkan suspensi pekatnya. Pembahasan selanjutnya, suatu penyaring ultra, unit aliran silang berisi membran dengan pori yang sangat kecil, digunakan untuk memisahkan dan memekatkan partikel koloid dan molekul besar.
PENYARING KUE
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 kue mulai terfiltrasi; padatan tersebut mulai menebal di permukaan dan harus dibersihkan secara periodik. Kecuali dilengkapi kantong penyaring untuk pembersih gas, penyaring kue umumnya hanya digunakan untuk pemisahan padat-cair. Sebagaimana penyaring lainnya, penyaring ini dapat beroperasi dengan tekanan di atas atmosfer pada aliran atas medium penyaring atau tekanan vakum pada aliran bawah. Jenis lainnya juga kontinyu atau diskontinyu, tetapi karena kesulitan pembuangan padatan melawan tekanan positif, kebanyakan tekanan penyaring adalah diskontinyu.
PENYARING BERTEKANAN DISKONTINYU. Penyaring bertekanan memerlukan perbedaan tekanan yang besar yang melalui septum agar filtrasi cepat cairan viskos atau padatan sempurna dapat dilakukan secara ekonomis. Kebanyakan jenis penyaring bertekanan adalah mesin pres bersaringan (filter presses) dan penyaring bercangkang dan berdaun (shell-and leaf filter).
MESIN PRES BERSARINGAN (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 kue basah dibelakangnya.
Plat dari suatu mesin pres bersaringan dapat berbentuk persegi atau lingkaran, vertikal atau horizontal. Kebanyakan kompartemen padatan dibentuk dengan penyelia plat polipropelina cetakan. Dalam desain lain, kompertemen tersebut dibentuk di dalam cetakan plat berbingkai (plate-and-frame press) sebagaimana dapat dilihat pada Gb. 30.5, yang didalamnya terdapat plat persegi panjang dengan 6 s.d. 78 in. (150 mm s.d. 2 m) yang pada satu sisi dapat diubah-ubah. Ketebalan setiap plat antara 6 s.d. 2 in. (6 s.d. 50 mm), ketebalan bingkai antara 1/4 s.d. 8 in. (6 s.d.200 mm). Plat dan bingkai dipasang pada posisi vertikal dalam rak logam, dengan kain melingkupi permukaan setiap plat, dan ditekan dengan keras bersama dengan memutar skrup hidraulik. Lumpur memasuki suatu sisi akhir dari rangkaian plat dan bingkai. Lumpur mengalir sepanjang jalur pada satu sudut rangkaian tersebut. Jalur tambahan mengalirkan lumpur dan jalur utama ke dalam setiap bingkai. Di sini padatan akan terendapkan di atas kain yang menutupi permukaan plat. Cairan menembus kain, menuruni jalur pada permukaan plat (corrugation), dan keluar dari mesin press.
Setelah merangkai mesin pres, lumpur dimasukkan dengan pompa atau tangki bertekanan pada tekanan 3 s.d. 10 atm. Filtrasi dilanjutkan sampai cairan tidak lagi muncul pada keluaran atau tekanan filtrasi secara tiba-tiba meningkat. Hal ini terjadi ketika bingkai penuh padatan atau tidak ada lumpur lagi yang dapat masuk. Jika hal demikian terjadi, mesin pres dapat dikatakan mengalami kemacetan (jammed). Cairan pencuci mungkin dapat digunakan untuk membersihkan pengotor yang larut dari padatan., setelah itu kue dapat ditiup dengan kukus (steam) atau udara untuk membersihkan cairan yang tersisa. Mesin pres kemudian dibuka, dan padatan kue dihilangkan dari medium penyaring dan dipindahkan ke konveyor atau tempat penampungan. Dalam banyak mesin pres, operasi tersebut dilakukan secara otomatis, sebagaimana terlihat pada Gb. 30.5.
Pencucian secara teliti mesin pres bersaringan dapat memakan waktu beberapa jam, untuk cairan pencuci cenderung mengikuti jalur termudah dan melintasi secara tegang kumpulan kue. Jika ada bagian kue yang kurang padat, maka umumnya cairan pencuci tidak efektif. Jika pencucian lebih baik dilakukan secara berlebihan, akan lebih baik untuk mengalirkan kembali lumpur melalui kue-kue yang sebagian telah tercuci, secara bersama dengan cairan pencuci dalam jumlah yang lebih besar dan menyaring kembali. Atau juag menggunakan penyaring bercangkang dan berdaun, yang menjanjikan pencucian lebih baik daripada cetakan plat dan bingkai.
PENYARING BERCANGKANG DAN BERDAUN. Untuk mencuci dibawah tekanan yang lebih tinggi daripada di cetakan plat dan bingkai, agar ongkos buruh lebih murah, atau memerlukan pencucian kue yang lebih efektif, penyaring bercangkang dan berdaun mungkin diperlukan. Pada tangki horizontal (Gb. 30.6) suatu set daun vertical dipasang pada rak yang dapat ditarik kembali. Unit yang diperlihatkan pada gambar sedang dibuka; selama operasi daun-daun berada pada tangki tertutup. Umpan memasuki sisi tangki; filtrat melalui daun-daun dan keluar melalui suatu pipa. Desain yang diperlihatkan Gb. 30.6 dipergunakan secara luas melibatkan peralatan penyaring, sebagaimana didiskusikan kemudian pada bab ini.
PENYARING SABUK OTOMATIS. Penyaring sabuk Larox terlihat pada Gb. 30.7 adalah penyaring bertekanan diskontinyu yang memisahkan, mengkompresi, mencuci, dan secara otomatis membuang kue. Filtrasi berada pada ruangan horizontal 2 s.d. 20, yang disusun satu di atas lain. Rangkaian kain penyaring mengalir melalui ruang penyaringan bergantian. Dengan kondisi sabuk yang diam, pada siklus filtrasi tiap-tiap ruang diisi dengan padatan. Air bertekanan tinggi kemudian dipompakan dibelakang keran (diaphragm) fleksibel di dalam langit-langit ruang, menekan kue dengan keras dan menghasilkan cairan. Dengan keran terbuka, air pencuci mengalir melalui kue dan jika diinginkan kue dikompresi kembali dengan mengatur keran. Akhirnya udara ditiup melalui kue utnuk membersihkan cairan tambahan.
Ruang-ruang dibuka secara hidarulik sehingga sabuk dapat dipindah pada jarak yang lebih besar daripada panjang ruang. Kejadian ini membuang kue dari kedua sisi penyaring sebagaimana terlihat pada Gb. 30.7. Pada waktu yang sama, bagian lain dari sabuk melalui mulut pipa semprot (spray nozzles) untuk dicuci. Setelah semuanya, kue dibuang, sabuk dicuci, ruang ditutup, dan siklus filtrasi diulang lagi. Semua langkah dilakukan secara otomatis berdasarkan impuls dari panel pengendali. Ukuran penyaring dari 0,8 m2 (8,6 ft2) s.d. 31,5 m2 (339 ft2). Siklus keseluruhan relatif pendek, umumnya 10 s.d. 30 min, sehingga penyaring ini dapat digunakan pada proses kontinyu.
PENYARING VAKUM DISKONTINYU. Penyaring bertekanan biasanya beroperasi secara diskontinyu. Suatu penyaring vakum diskontinyu, kadang-kadang sangat berguna. Suatu nutsch vakum mempunyai ukuran sedikit lebih kecil daripada corong Buchner, berdiameter 1 s.d. 3 m (3 s.d. 10 ft) dan membentuk lapisan padatan dengan tebal 100 s.d. 300 mm (4 s.d. 12 in). Untuk mempermudah, suatu nutsch dapat langsung dibuat dari material tahan korosi dan menjadi berharga karena dicoba disaring secara batch varietas material yang korosif. Nutch biasanya tidak umum dilakukan untuk proses berskala besar oleh karena buruh yang terlibat dalam membersihkan tumpukan kue; namun demikian nutch tetap berguna sebagai penyaring bertekanan yang dikombinasikan dengan pengering-bersaringan untuk keperluan tertentu dalam operasi batch.
PENYARING VAKUM KONTINYU. Dalam setiap penyaring vakum kontinyu, cairan dihisap melalui septum yang bergerak untuk mengendapkan padatan kue. Kue kemudian dipindahkan dari tempat penyaringan, dicuci, dihisap, dikeringkan, dan dikeluarkan dari septum, kemudian lumpur dimasukkan kembali. Beberapa bagian dari septum terletal pada zona penyaringan, sebagian di dalam zona pencuci, sementara sebagian lagi pembebasan dari bebannya, sehingga buangan padatan dan cairan dari penyaring tidak dapat dihentikan. Perbedaan tekanan yang melintasi septum di dalam penyaring vakum kontinyu tidak terlalu tinggi, umumnya diantara 250 s.d. 500 mm Hg. Berbagai desain penyaring berbeda dalam metode pengenalan lumpur, bentuk dari permukaan filter, dan jalan tempat padatan dibuang. Kebanyakan, penggunaan vakum dari sumber yang diam ke yang bergerak melalui rotary valve.
PENYARING DRUM BERPUTAR (ROTARY DRUM FILTER). Jenis yang paling umum dari penyaring vakum kontinyu adalah penyarin drum berputar (Gb. 30.8). Suatu drum berputar dengan arah horizontal pada kecepatan 0.1 s.d. 2 r/min mengaduk Lumpur yang melaluinya. Medium penyaring, seperti kanvas, melingkupi permukaan dari drum, sebagian dibenamkan dalam cairan. Di bawah drum utama yang berputar, terdapat drum yang lebih kecil permukaan padat. Di antara dua drum tersebut ada ruang tipis berbentuk radial membagi ruang anular kedalam kompartemen-kompartemen, setiap kompartemen tersambung dengan pipa internal ke suatu lubang dalam plat berputar pada rotary valve. Vakum dan udara secara bergantian dimasukkan pada tiap-tiap kompartemen dalam drum berputar. Penyaring bergaris-garis menutupi permukaan yang tampak pada tiap-tiap ruang membentuk suatu pergantian panel.
Pertimbangkan panel tergambar pada A dalam Gb. 30.8. Hal ini menjelaskan tentang pengumpanan lumpur. Oleh karena tercelup di bawah permukaan cairan, vakum terjadi pada rotary valve. Suatu lapisan padatan terbentuk di permukaan panel karena cairannya terserap melalui kain ke dalam kompartemen, melalui pipa dalam, melalui valve, dan masuk ke dalam tangki pengumpul. Ketika panel meninggalkan lumpur dan memasuki zona pencucian dan pengeringan, keadaan vakum terjadi pada panel dari suatu sistem terpisah, menghisap cairan pencuci dan udara melalui padatan kue. Sebagaimana terlihat dalam flow sheet Gb. 30.9, cairan pencuci diambil melalui penyaring kedalam suatu tangki pengumpul yang terpisah. Setelah padatan kue pada permukaan panel telah dihisap sekering mungkin, panel meninggalkan zona pengeringan, vakum di hentikan, dan kue dibersihkan dengan dipotong-potong menggunakan pisau horizontal diketahui sebagai doctor blade. Udara kecil ditiup dibawah kue untuk membelai kain. Hal ini akan menyebabkan kue lepas dari kain dan membuat pisau tidak diperlukan lagi. Sekali kue dibuang, panel kembali memasuki lumpur dan siklus terulang. Oleh karena setiap saat dalam operasi, panel terlibat dalam setiap bagian dari siklus, operasi dari penyaring sebagai keseluruhan adalah kontinyu.
Banyak variasi dari penyaring drum berputar yang telah dikomersialkan. Dalam beberapa desain, ada yang tidak mempunyai kompartemen di dalam drum; vakum terjadi pada keseluruhan permukaan media penyaring. Filtrat dan cairan pencuci dialirkan bersama melalui suatu pipa tercelup; padatan dibuang dengan mengalirkan udara melalui kain dari tapal diam di dalam drum, menyentuh kain penyaring dan meretakkan kue. Dalam model lainnya kue diangkat dari permukaan penyaring oleh satu set tali berjajar atau dengan memisahkan kain penyaring dari permukaan drum dan melewatkannya pada roller yang berdiameter kecil. Perubahan arah secara tajam pada roller mengakibatkan padatan jatuh terbuang. Kain mungkin dapat dicuci dari roller pada bagian bawah drum. Cairan pencuci dapat juga dipercikkan secara langsung pada permukaan kue, atau, mengalirkan udara agar kue dapat merengkah, hal tersebut dapat dilakukan dengan memercikannya pada lapisan kain ketika melalui zona pencucian dan terjadi gaya tekan ke arah permukaan luar.
Jumlah drum yang terendam merupakan suatu variabel. Kebanyakan penyaring umpan dari dasar beroperasi sekitar 30% dari daerah penyaringan yang terendam di dalam lumpur. Ketika kapasitas penyaringan tinggi dan pencucian tidak diperlukan, mungkin diperlukan suatu penyaring yang mempunyai keterendaman tinggi, sekitar 60 s.d. 70% penyaring terendam. Kapasitas penyaring berputar sangat tergantung pada karakter umpan lumpur dan secara khusus terdapat kue yang mengendap. Tebal kue yang terbentuk pada penyaring vakum berputar di industri adalah 3 s.d.40 mm (1/8 s.d. 1.5 in.). Ukuran drum standard bervariasi dari diameter 0.3 m (1 ft) dengan diameter permukaan 0.3 m, s.d. diameter 3 m (10 ft) dengan diameter permukaan 4.3 m (14 ft).
Penyaring vakum berputar kontinyu kadang-kadang dioperasikan dibawah tekanan positif s.d. 15 atm dalam situasi filtrasi vakum tidak layak atau ekonomis. Kasus-kasus yang menyebabkannya misalnya: ketika padatan sempurna dan penyaring sangat lambat atau ketika cairan memiliki tekanan uap yang tinggi, mempunyai viskositas lebih dari 1 P, atau ketika cairan jenuh dan mengkristal setelah dingin. Dengan tingkat penyaringan lumpur yang lamban, perbedaan tekanan yang melintasi septum harus lebih besar daripada yang diperoleh pada suatu penyaring vakum; dengan cairan yang menguap atau mengkristal pada tekanan menurun, tekanan pada sisi aliran bawah pada septum tidak dapat melebihi atmosfer. Masalah lain, misal: masalah mekanis pembuangan padatan dari penyaring ini, yaitu ongkos dan kerumitannya yang tinggi, dan ukurannya yang kecil membatasi penggunaannya pada masalah khusus. Bila filtrasi vakum tidak dapat digunakan untuk pemisahan, penyaring kontinyu sentrifugal dapat dipertimbangkan untuk menggantikannya.
Suatu penyaring bermantel (precoat filter) adalah penyaring drum berputar yang dimodifikasi untuk menyaring padatan sempurna atau gelatin yang berjumlah sedikit. Di dalam operasinya, suatu lapisan penyaring berpori, seperti tanah diatomae, terendapkan pada media penyaring. Kemudian cairan pencuci dihisap melalui lapisan tersebut, mengendapkan padatan menjadi lapisan yang sangat tipis. Lapisan-lapisan tersbeut kemudian dipotong-potong dengan suatu pisau, yang secara kontinyu memperlihatkan permukaan material berpori yang bersih untuk operasi selanjutnya. Penyaring bermantel dapat beroperasi di bawah tekanan. Pada tekanan tersebut, padatan terbuang dan penyaring dikumpulkan, dibersihkan secara periodik pada tekanan atmosfer, lalu drum di lapisi lagi dengan penyaring. Penyaring bermantel dapat digunakan hanya ketika padatan dibuang atau ketika campuran dengan jumlah yang besar dari penyaring tidak mempunyai masalah serius. Keterendaman dari penyaring bermantel adalah 50%.
PENYARING SABUK HORIZONTAL. Ketika umpan mengandung partikel padatan yang terendapkan secara cepat, penyaring drum berputar bekerja buruk atau malah tidak dapat bekerja. Partikel tak sempurna tidak dapat tersuspensi secara baik di lumpur, dan kue yang terbentuk seringkali tidak mau menempel pada permukaan penyaring. Pada keadaan ini diperlukan suatu penyaring horizontal dengan umpan atas. Sabuk yang bergerak diperlihatkan pada Gb. 30.10 adalah satu dari beberapa jenis penyaring horizontal; hal tersebut mengingatkan pada sabuk konveyor (conveyor belt), dengan dukungan bubungan yang melintang atau sabuk drainase yang membawa kain penyaring. Pada permulaan sabuk drainase akan melewati suatu kotak vakum longitudinal, yang di dalamnya filtrat ditampung. Umpan lumpur mengalir ke dalam sabuk melalui distributor pada suatu sisi; kue yang tersaring dan tercuci dibuang pada sisi lainnya.
Penyaring sabuk secara khusus berguna dalam pengolahan limbah cair, sejak limbah seringkali berisi partikel dengan ukuran yang bervariasi. Penyaring ini tersedia pada ukuran lebar 0.6 s.d. 5.5 m (2 s.d. 18 ft) dan panjang 4.9 s.d. 33.5 m (16 s.d. 110 ft), dengan luas filtrasi s.d. 110 m2 (1200 ft2). Beberapa model mempunyai cirri penyaring sabuk, mirip dengan penyaring bertekanan Larox yang dikemukakan sebelum ini; vakum di dalamnya dilakukan secara terputus-putus. Ketika sabuk bergerak ke depan sepanjang setengah meter vakum akan dimatikan, sebaliknya bila sabuk dalam keadaan diam vakum akan menyala. Hal ini dilakukan untuk menghindari kesulitan menjaga suatu segel vakum yang terdapat diantara kotak vakum dan sabuk tetap baik.
PENYARING SENTRIFUGAL
Padatan yang membentuk kue berpori dapat dipisahkan dari cairan dengan penyaringan berpusing. Umpan dimasukkan ke dalam keranjang berputar yang memiliki dinding bercelah atau berlubang yang disampuli suatu medium penyaring seperti kanvas atau kain logam. Tekanan yang dihasilkan dari gaya sentrifugal memaksa cairan melewati medium penyaring, meninggalkan padatannya. Jika umpan yang masuk keranjang dihentikan dan padatan kue diputar untuk waktu yang singkat, kebanyakan cairan residu di dalam kue mengalirkan partikel sehingga padatan lebih kering daripada hal yang sama untuk mesin pres bersaringan (filter press) atau penyaring vakum (vacuum filter). Ketika material yang tersaring harus dikeringkan secara berurut dengan alat pemanas, pemakaian penyaring ini dapat dipertimbangkan sebagai langkah ekonomis.
Jenis utama dari penyaringan sentrifugal adalah mesin batch tersuspensi, yang diskontinyu di dalam operasinya; mesin batch bersiklus pendek otomatis; dan pemusing konveyor kontinyu (continuous conveyor centrifuges). Di dalam pemusing tersuspensi, media penyaring adalah kanvas atau tenunan kain logam. Dalam mesin otomatis digunakan saringan logam yang baik; dalam konveyor berpusing, medium penyaring biasanya adalah celah pada dindingnya sendiri.
PEMUSING BATCH TERSUSPENSI (SUSPENDED BATCH CENTRIFUGES). Suatu jenis yang sering digunakan di industri dari batch berpusing adalah pemusing tersuspensi pada bagian atas (Gb. 30.11). Lubang keranjang mempunyai diameter 750 s.d. 1200 mm (30 s.d. 48 in) dan kedalaman dari 18 s.d. 30 in serta belokan dengan kecepatan antara 600 dan 1800 r/min. Operasi pada keranjang dilakukan pada bagian akhir bawah dengan aliran vertikal dari bagian atas. Media penyaring terhubung dengan dinding perforasi keranjang. Lumpur diumpan melalui pipa masukan atau peluncuran memasuki keranjang berputar. Cairan mengalir melewati media penyaring ke dalam kotak dan keluar pada pipa keluaran: padatan membentuk kue dengan tebal 50 s.d. 150 mm (2 s.d. 6 in) di dalam keranjang. Cairan pencuci dapat dipercikkan pada padatan untuk membersihkan material yang larut. Kue kemudian diputar sekering mungkin, kadang-kadang pada kecepatan lebih tinggi daripada saat pembebanan dan pencucian. Motor kemudian dihentikan, hampir bersamaan aktivitas keranjang juga berhenti. Dengan keranjang yang lamban berputar, 30 s.d. 50 r/min, padatan dibuang dengan memotong menggunakan pisau, yang memisahkan kue dari media penyaring dan mendorongnya melalui bukaan dekat dasar keranjang. Ketika media penyaring telah dibilas bersih, motor menjadi hidup, dan siklus berulang.
Pemusingan tersuspensi pada bagian atas digunakan secara luas dalam pemurnian gula, dengan waktu operasi singkat, yaitu 2 s.d. 3 min per beban dan menghasilkan produk 5 ton kristal/jam per mesin. Pengendalian otomatis sering disediakan untuk beberapa atau semua langkah siklus. Dalam kebanyakan proses dimana kristal dengan tonase besar dipisahkan, pemusingan konveyor berputar lain digunakan.
Jenis lain dari pemusing batch dikendalikan dari bagian bawah, terdiri dari motor pengendali, keranjang, dan kotak padatan tersuspensi. Padatan dilepaskan dengan tangan melalui bagian atas kotak atau menggunakan alat dari bawah pada bukaan seperti penyaring sebelumnya. Kecuali untuk pemurnian, pemusing tersuspensi biasanya mempunyai siklus operasi 10 s.d. 30 min per beban, membuang padatan pada laju 300 s.d. 1800 kg/jam (700 s.d. 4000 lb/jam).
PEMUSING BATCH OTOMATIS. Pemusing batch otomatis bersiklus pendek dapat dilihat pada Gb. 30.12. Dalam mesin ini keranjang berotasi pada kecepatan konstan pada sumbu horizontal. Umpan lumpur, cairan pencuci, dan pembilasan saringan dipercikkan ke dalam keranjang dengan interval waktu yang telah diatur. Keranjang dikosongkan (pada saat kecepatan penuh putaran) dengan pisau berat yang memotong padatan keluar secara periodik melalui pembuangan. Penghitung waktu siklus dan kerangan kumparan operasi mengendalikan berbagai operasi: umpan, pencucian, pemutaran, pembilasan, dan pengosongan beban. Bagian dari siklus dapat diperpanjang atau sebaliknya sesuai dengan keperluan.
Keranjang pada mesin ini memiliki diameter 500 dan 1100 mm (20 dan 42 in). Pemusing otomatis memiliki kapasitas produksi yang tinggi dengan pengeringan kristal secara bebas. Biasanya tidak dipergunakan ketika partikel memiliki ukuran lebih dari 150 mesh. Dengan kristal yang buruk, siklus operasi total mempunyai range dari 35 s.d. 90 s, sehingga masukan setiap jamnya besar. Oleh karena diperlukan waktu siklus yang pendek dan sedikit hambatan dari pengumpanan lumpur, filtrat, dan padatan terbuang, pemusingan otomatis dikelompokkan ke dalam proses manufaktur kontinyu. Sedikit padatan batch dapat lebih efektif apabila dicuci dengan sedikit cairan pencuci—sebagaimana pada mesin batch lain—jumlah pencucian dapat meningkat secara temporer untuk meningkatkan kualitas material. Pemusing otomatis tidak dapat mengerjakan pengeringan padatan yang lambat, biasanya akan bersiklus panjang dan tidak ekonomis, atau padatan tidak terbuang secara baik pada keluarannya. Hal ini merupakan alasan dipergunakannya pisau pengosongan beban, yaitu untuk memecah atau mendegradasi kristal.
PEMUSING PENYARINGAN KONTINYU. Suatu pemisah sentrifugal kontinyu untuk kristal kasar, pemusing konveyor timbal balik (reciprocating-conveyor centrifuge) terlihat di Gb. 30.13. Suatu keranjang berputar dengan suatu dinding berlubang dimasukkan umpan melalui corong yang berputar mengikutinya. Tujuan dari corong tersebut adalah mempercepat pengumpanan lumpur secara halus. Umpan memasuki ujung kecil corong pipa terpasang pada sumbu putar keranjang. Umpan mengalir hingga corong lain, kecepatannya meningkat seiring perjalanannya, dan tersembur ke keranjang dengan arah yang sama dengan dinding pada kecepatan yang hampir sama. Cairan mengalir melalui dinding keranjang, yang dilingkupi kain logam tenun. Suatu lapisan kristal dengan tebal 25 s.d. 75 mm (1 s.d. 3 in) terbentuk. Lapisan ini berpindah melalui permukaan saringan dengan suatu penekan timbal balik. Setiap gaya penekan memajukan kristal beberapa inci mendekati bibir keranjang; gaya yang berlawanan mengakibatkan terbukanya ruangan sehingga kue dapat mengendap. Ketika kristal mencapai bibir keranjang, kristal terbang ke sebelah luar masuk ke dalam kotak besar dan meluncur menuju pengumpul. Filtrat dan cairan pencuci dipercikkan ke atas kristal selama perjalanannya meninggalkan kotak menuju keluaran. Percepatan dari umpan Lumpur dan perlambatan dari padatan yang dibuang meminimalkan tabrakan kristal. Unit multitahap untuk meminimalkan jarak perjalanan kristal digunakan bersama padatan kue yang tidak terbawa secara normal dalam unit satu tahap. Pemusing timbal balik dibuat dengan keranjang mempunyai ukuran anatara 300 s.d. 1200 mm (12 s.d. 48 in). Pemusing ini mengeringkan dan mencuci 0.3 s.d 25 ton/jam padatan yang mengandung kurang dari 10% berat material berukuran lebih dari 100 mesh.
MEDIA PENYARING. Septum di dalam setiap penyaring harus memenuhi persyaratan sbb.:
1. Penyaring harus menahan padatan yang disaring, menghasilkan filtrat yang cukup jernih.
2. Penyaring harus tidak tersumbat.
3. Penyaring harus tahan zat kimia dan cuku kuat secara fisik terhadap operasi yang terjadi.
4. Penyaring harus dapat membuat semua kue mudah untuk dibuang.
5. Penyaring harus berharga wajar.
Pada industri filtrasi, medium penyaring yang umum adalah kain kanvas, atau bahan tenun tertentu (dari bebek atau kain kepar). Berat dan bentuk dari tenunan bervariasi tergantung pada permintaan. Cairan korosif membutuhkan jenis media penyaring tertentu seperti kain wol, kain logam monel atau stainless steel, kain gelas, atau kertas. Jenis serat seperti nilon, polipropilena, dan berbagai polyester juga mempunyai ketahanan tinggi terhadap zat kimia.
Suatu kain dengan ukuran mesh yang diberikan, sintetis halus atau serat logam kurang efektif daripada serat alami kasar dalam memindahkan partikel sempurna. Biasanya, kerugian ini hanya dialami pada permulaan filtrasi, oleh karena selain keras, partikel kasar yang tidak mengandung partikel sempurna bukanlah septum tetapi lapisan awal dari padatan terendapkan. Filtrat pada awalnya agak buram, namun lama kelamaan semakin jernih. Filtrat buram dikembalikan ke dalam tangki Lumpur untuk refiltrasi.
BAHAN PEMBANTU SARINGAN. Padatan ramping atau sangat halus memadat membentuk kue yang tak dapat ditembus akan mengakibatkan media penyaring tersumbat. Filtrasi dari material seperti itu membutuhkan peningkatan porositas dari kue sehingga bisa dilewati cairan dengan laju yang normal. Hal ini dapat dilakukan dengan menambahkan alat bantu penyaring, seperti silica diatomae, perlit, selulosa kayu, atau padatan berpori inert lain, ke dalam lumpur sebelum filtrasi. Bahan pembantu filter dapat dipisahkan secara berurutan dari kue dengan melarukan padatan atau membakar bahan tersebut. Jika padatan tidak berharga, padatan dan bahan tersebut dapat langsung dibuang.
Jalan lainnya adalah pelapisan, yaitu mengendapkan lapisan bahan pembantu saringan di atas media penyaring sebelum filtrasi. Dalam penyaring batch lapisan ini biasanya tipis; dalam sistem kontinyu sebagaimana dijelaskan sebelum ini, lapisan tersebut tebal, dan permukaan atasnya secara kontinyu dipotong dengan gunting tertentu sehingga permukaan media penyaring terlihat. Lapisan ini mencegah padatan gelatin menyumbat media penyaring dan memberikan filtrat yang jernih. Lapisan ini lebih merupakan bagian dari media penyaring daripada kue.
Kurang populer karena jarang dibelai… Daripada hukum ketiga termodinamika menjadi jablai, alangkah baiknya jika gurumuda bahas saja, biar dirimu bisa membelainya…
Selama satu siklus, mesin Carnot (mesin kalor sempurna) mengalami dua proses isotermal reversibel (pemuaian isotermal + penekanan isotermal) dan dua proses adiabatik reversibel (pemuaian adiabatik dan penekanan adiabatik). Selama proses pemuaian dan penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karena Q = 0 maka perubahan entropi selama proses adiabatik = 0…
Selama penekanan isotermal, mesin membuang kalor (Q) sebanyak 200 J pada suhu (T) 100 K. Karena mesin membuang kalor maka Q bertanda negatif.
Entropi air panas menurun sebesar 56,107 J/K
Entropi air dingin bertambah sebesar 56,486 J/K
Entropi total bertambah sebesar 0,379 J/K