RENCANA PROGRAM KEGIATAN PEMBELAJARAN SEMESTER (RPKPS) DAN BAHAN AJAR
ALAT INDUSTRI KIMIA
Disusun OIeh: Agus Prasetya
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Juni 2004
Universitas Gadjah Mada
Nama Matakuliah
: Alat Industri Kimia
Kode/SKS
: TKK 642/3
Prasyarat
:-
Status Matakuliah
: Wajib
Deskripsi Singkat Matakuliah
:
Matakuliah Alat Industri Kimia mempelajari prinsip-prinsip kerja dan dasar-dasar rancangan beberapa alat yang sering dijumpai dalam industri kimia. Materi kuliah terbagi dalam 3 topik besar, yaitu: Prinsip dan Alat-alat Pereduksi Ukuran Padatan dan Klasifikasinya, Prinsip dan Alat-Alat Pemisah Sistem PadatanCairan (Slurry), dan Prinsip dan Alat-alat Sistem Pemekatan Larutan dengan Evaporasi (Penguapan). Dalam matakuliah ini, tidak semua topik disampaikan secara terinci. Dalam Reduksi Ukuran Padatan pembahasan dimulai dan pengenalan sifat-sifat padatan yang penting, kemudian dilanjutkan dengan prinsip kerja dan contoh alat-alat kominusi (reduksi ukuran padatan) serta pengenalan terhadap unit kominusi dan estimasi kebutuhan energi pada proses kominusi. Bab terakhir pada topic ini membahas tentang cara-cara klasifikasi ukuran dan bentuk padatan, khususnya analisa ayak, dilanjutkan dengan contoh-contoh berbagai jenis ayakan industri sebagai alat klasifikasi ukuran padatan. Pada topik kedua, pembahasan dimulai dari pengenalan prinsip pemisahan padatan dalam sistem padat-cair (slurry), dilanjutkan dengan prinsip kerja berbagai contoh alat filtrasi. Pembahasan dilanjutkan dengan prinsipprinsip perancangan filter, baik batch maupun kontinyu, yang bertujuan agar dapat menghitung spesifikasi alat. Pada topik ketiga, akan dikenalkan prinsipprinsip dan contoh evaporator yang banyak digunakan diindustri kimia. Pembahasan juga meliputi susunan unit evaporasi beserta alat-alat pendukung sistem
evaporasinya.
Selanjutnya
dibahas
dasar-dasar
perancangan
evaporator, baik untuk evaporator tunggal maupun multi efek. Tujuannya agar mahasiswa mampu menghitung untuk keperluan mendapatkan spesifikasi alat. Matakuliah ini diberikan pada semester 6 (enam) dan bersifat wajib bagi mahasiswa Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik UGM. Mata kuliah ini
Universitas Gadjah Mada
termasuk matakuliah keahlian berkarya (MKB), dan tidak memerlukan prasyarat matakuliah lain. Tujuan Pembelajaran: Setelah menyelesaikan matakuliah ini mahasiswa dapat mengenal berbagai alat-alat industri yang digunakan dalam pemrosesan padatan (kominusi), cara klasifikasi ukuran padatan, pemisahan padatan dan sistem padat-cair (sIurry) dan pemekatan larutan dengan cara penguapan pelarut (evaporasi), beserta dengan prinsip-prinsip kerjanya. Pemahaman ditekankan pada prinsip-prinsip kerja alat, analisis terhadap faktor-faktor yang penting/berpengaruh. Disamping itu, mahasiswa mempunyai kemampuan dasar dalam perancangan filter dan evaporator, untuk keperluan perhitungan spesifikasi alat. Materi Pembelajaran: I.
REDUKSI UKURAN PADATAN DAN KLASIFIKASINYA
1.
Sifat-Sifat padatan
2.
Alat-alat Kominusi (Reduksi Ukuran) Padatan 2.1. Prinsip-Prinsip Kominusi 2.2. Alat-alat Kominusi 2.3. Operasi Peralatan dan Unit Kominusi 2.4. Estimasi Konsumsi Energi pada Alat Kominusi
3.
Pengayakan dan Analisis Ayak 3.1. Pelaporan Hasil Ayakan 3.2. Alat-alat Pengayak 3.3. Estimasi Efisiensi Ayakan
II. PEMISAHAN CAMPURAN PADAT-CAIR (SLURRP) 4.
Prinsip dan Alat-Alat Filtrasi 4.1. Jenis-jenis Filtrasi 4.2. Fakor-faktor yang berpengaruh dalam filtrasi 4.3. Pemilihan Filter 4.4. Klasifikasi Filtrasi 4.5. Jenis-Jenis Filter
Universitas Gadjah Mada
5.
Filtrasi: Dasar-dasar Perancangan Filter 5.1. Aliran fluida dalam media berpori 5.2. Dasar Perancangan Filter Batch 5.3. Dasar Perancangan Filter Kontinyu
III. PEMEKATAN LARUTAN DENGAN EVAPORASI 6.
Evaporator: Prinsip Kerja dan Alat-alatnya 6.1. Pengurangan Kadar Air 6.2. Prinsip Kerja Evaporator 6.3. Jenis-jenis Evaporator 6.4. Pemilihan Jenis Evaporator 6.5. Falling Film Evaporator 6.6. Penghematan Energi dalam Sistem Evaporasi 6.7. Peralatan Pembuat Vakum
7.
Evaporator: Dasar Perancangan Alat 7.1. Neraca Massa dan Panas dalam Sistim EfekTunggal 7.2. Neraca Massa dan Panas dalam Sistim Efek Ganda (MuItioIe Effect)
Outcome Pembelajaran: 1.
Mahasiswa memahami tentang sifat-sifat penting yang harus diketahui dan padatan, serta relevansinya dalam praktek industri.
2.
Mahasiswa mengerti tentang pentingnya prinsip-prinsip dasar reduksi ukuran padatan, kasus-kasus yang sering dijumpai, contoh alat-alatnya dan prinsip-prinsip kerjanya.
3.
Mahasiswa mengetahui cara analisa ukuran campuran padatan, cara-cara pelaporannya serta contoh alat-alat klasifikasi ukuran yang sering dijumpai di industri.
4.
Mahasiswa memahami tentang prinsip-prinsip pemisahan padatan dan cairan dalam sistem slurry, contoh-contoh yang dijumpai serta contoh beberapa alat (filter) dan prinsip kerjanya; prinsip-prinsip yang mendasari dan dasar-dasar perancangan filter.
5.
Mahasiswa memahami tentang pentingnya pemekatan larutan serta contoh-contohnya di industri, prinsip-prinsip dasar penguapan pelarut
Universitas Gadjah Mada
(evaporasi) dan beberapa contoh alat-alatnya beserta auxillary devicesnya; dasar-dasar perancangan evaporator. Rencana Kegiatan Pembelajaran Mingguan (RKBM): Minggu
Topik (pokok Bahasan)
Metode
ke 1
Pembelajaran 0. Pendahuluan
Kuliah:
Metoda
Ceramah, diskusi,
belajar, textbooks yang digunakan,
menggunakan OHP,
metode assessment: PR, tugas-
papan tulis,
tugas, Ujian Sisipan, Ujian Akhir,
komputer dan
Test Mendadak, overview isi kuliah
infokus.
(outline) 2
1. Sifat-Sifat Padatan
Ceramah, diskusi, menggunakan OHP, papan tulis, komputer dan infokus.
3
4
2. Alat-Alat
Kominusi
dan
cara
Ceramah, diskusi,
kerjanya
menggunakan OHP,
2.1.
Prinsip-Prinsip Kominusi
papan tulis,
2.2.
Alat-Alat Kominusi: Ukuran
komputer dan
Padatan Besar dan Sedang
infokus.
2. Alat-Alat Kominusi (lanjutan) 2.2. 2.3.
Ceramah, diskusi
Alat-Alat Kominusi: Ukuran
menggunakan OHP
Padatan Kecil dan Mikro.
dan papan tulis
Operasi Peralatan dan Unit Kominusi
2.4.
Estimasi Energi Pada Kominusi
5
3. Pengayakan dan Analisis Ayak 3.1.
Pelaporan hasil ayakan
Ceramah, diskusi, menggunakan OHP,
Universitas Gadjah Mada
Minggu
Topik (pokok Bahasan)
Metode
ke
Pembelajaran 3.2.
Alat-Alat
Pengayak
dan papan tulis, komputer
prinsip kerja-nya 6
3. Pengayakan
Analisis
Ayak Ceramah, diskusi,
(lanjutan)
menggunakan OHP,
3.2.
Alat-Alat Pengayak
papan tulis, komputer
(lanjutan)
dan infokus
3.3. 7
dan
dan infokus
Estimasi Efisiensi Ayakan
4. Prinsip dan Alat-Alat filtrasi
Ceramah, diskusi,
4.1.
Jenis-jenis filtrasi
menggunakan OHP
4.2.
Faktor-faktor yang
dan papan tulis
berpengaruh
8
4.3.
Pemilihan Filter
4.4.
Klasifikasi Filter
4. Prinsip
dan
Alat-Alat
filtrasi Ceramah, diskusi,
(lanjutan) 4.5.
menggunakan OHP,
Jenis-jenis filter dan prinsip papan tulis, komputer kerjanya
9
dan infokus
5. Dasar-dasar Perancangan Filter 5.1.
Aliran Fluida dalam media menggunakan QHP, Berpori
5.2.
Ceramah, diskusi, papan tulis.
Dasar Perancangan Filter Batch
10
5. Dasar-dasar
Perancangan
Filter Ceramah, diskusi,
(lanjutan) 5.2.
menggunakan QHP,
Dasar Perancangan Filter papan tulis Batch (lanjut)
5.3.
Dasar Perancangan Filter Kontinyu
11
6. Evaporator: Prinsip Kerja dan Alat
Ceramah, diskusi,
Universitas Gadjah Mada
Minggu
Topik (pokok Bahasan)
ke
12
13
Metode Pembelajaran
6.1.
Pengurangan kadar Air
menggunakan OHP,
6.2.
Prinsip Kerja Evaporator
papan tulis, computer
6.3.
Jenis-jenis Evaporator
dan infokus
6. Evaporator: Prinsip Kerja dan Alat Ceramah, diskusi, (lanjutan)
menggunakan OHP,
6.4.
Jenis-jenis evaporator
papan tulis, komputer
(lanjutan)
dan infokus
6.5.
Pemilihan Evaporator
6.6.
Falling Film Evaporator
6. Evaporator: Prinsip dan kerja Alat Ceramah, diskusi, (lanjutan) 6.7.
Penghematan Energi dalam papan tulis, komputer Evaporasi
6.8.
menggunakan OHP, dan infokus
Peralatan Pembuat Vakum
7. Dasar Perancangan Evaporator 7.1.
Perancangan single effect evaporator
14
7. Dasar Perancangan Evaporator 7.2.
Ceramah, diskusi,
Perancangan multiple effect
menggunakan OHP,
evaporator
papan tulis.
Universitas Gadjah Mada
Penjabaran Rencana Kegiatan Belajar Mingguan (RKBM): 1. Kuliah Minggu 1 Menjelaskan tentang aturan main dalam kuliah AIK, buku-buku teks yang digunakan, cara assessment, jadwal ujian sisipan, tugas-tugas. Menjelaskan secara ringkas isi kuliah keseluruhandan strukturnya (overview, outline). Menjelaskan hubungan antara matakuliah AIK dengan matakuliah lain. 2. Kuliah Minggu 2 Menjelaskan sifat-sifat padatan yang penting diketahui dalam proses kominusi: ukuran dan ukuran ekivalen, berbagal macam definisi diameter rata-rata partikel, bentuk dan faktor bentuk, densitas partikel dan densitas bulk, porositas partikel tunggal dan porositas tumpukan partikel, kekerasan partikel, sudut reposisi tumpukan partikel (angle of repose). 3. Kuliah Minggu 3 Menjelaskan tentang prinsip-prinsip reduksi ukuran (kominusi), berbagai jenis alat kominusi untuk partikel ukuran besar dan sedang dan prinsipprinsip kerjanya 4. Kuliah Minggu 4 Menjelaskan konsep berbagai alat kominusi untuk partikel kecil dan mikro (penghalusan butiran) serta prinsip-prinsip kejanya, unit kominusi dan contoh-contoh riilnya. Menjelaskan berbagai cara estimasi konsumsi energi dalam kominusi. 5. Kuliah Minggu 5 Menjelaskan tentang standar pengukuran berdasarkan ayakan standar, konsep
ukuran
mesh,
cara-cara
pelaporan
(penyajian
data)
hasil
pengukuran. Menjelaskan tentang konsep distribusi: distribusi frekwensi dan kumulatif,
berbagai
basis
distribusi
ukuran
dan
cara
konversinya.
Menjelaskan tentang beberapa alat ayakan industri dan prinsip-prinsip kerjanya.
Universitas Gadjah Mada
6. Kuliah Minggu 6 Menjelaskan lebih lanjut tentang beberapa alat ayakan industri. Penyusunan neraca massa partikel pada ayakan dan cara perhitungan distribusinya. Menjelaskan cara mengestimasi efisiensi ayakan. 7. Kuliah Minggu 7 Menjelaskan tentang prinsip-prinsip pemisahan padatan dan cairan dalam sistim slurry, kategori/jenis-jenis filtrasi berdasarkan berbagai tinjauan proses. Menjelaskan tentang berbagai faktor yang mempengaruhi proses filtrasi. Aloritma pemilihan filter. Menjelaskan tentang kiasifikasi jenis-jenis filter berdasar berbagai pertimbangan. 8. Kuliah Minggu 8 Menjelaskan
tentang
berbagai
jenis
filter
di
industri
berdasarkan
klasifikasinya (batch/kontinyu) serta prinsip-prinsip kerjanya. 9. Kuliah Minggu 9 Menjelaskan konsep aliran fluida dalam media berponi yang menjadi dasar fenomena filtrasi. Penerapan konsep dasar aliran fluida dalam perancangan filter
batch.
Asumsi-asumsi
yang
diambil.
Penyusunan
persamaan
perancangan dan tinjauan atas faktor-faktor yang berpengaruh terhadap parameter perancangan. Optimasi operasi filter batch. 10. Kuliah Minggu 10 Penyusunan persamaan perancangan filter kontinyu berbasis persamaan pada filter batch, dan tinjauan atas faktor-faktor yang berpengaruh terhadap parameter perancangan. 11. Kuliah Minggu 11 Menjelaskan prinsip dasar evaporasi, perbedaannya dengan distilasi, pengeringan dan kristalisasi. Sifat-sifat larutan: kenaikan titik didih, perubahan viskositas, pembusaan, kepekaan bahan dan lain-lain. Prinsip kerja evaporator. Controlllng rate dalam proses evaporasi. Menjelaskan tentang berbagal jenis evaporator industri dan prinsip kerjanya, perbedaan dan persamaan antar alat. Manfaat dan kerugian masing-masing alat.
Universitas Gadjah Mada
12. Kuliah Minggu 12 Melanjutkan penjelasan tentang berbagai jenis evaporator. Panduan dalam pemilihan
evaporator.
Pembahasan
lebih
detil
tentang
falling
film
evaporator, yang saat ini paling banyak digunakan di industri. 13. Kuliah Minggu 13 Menjelaskan tentang cara-cara penghematan energi dalam sistim evaporasi. Menjelaskan tentang berbagai auxiliary equipment dalam unit evaporasi: sistem vakum, sistem pengembunan uap. Dasar-dasar perancangan evaporator: neraca massa dan panas sekitar sistim evaporasi. 14. Kuliah Minggu 14 Penyusunan persamaan perancangan untuk single effect evaporatordan multiole effect evaporator. Asumsi-asumsi yang diambil. Evaluasi: 1. Pemahaman tentang sifat-sifat padatan dan hubungannya dengan reduksi ukuran partikel. Pemahaman tentang prinsip-prinsip kerja alat kominusi. Kemampuan menganalisa ukuran partikel dan membuat distribusi ukuran partikel, mengevaluasi kebutuhan energi pada kominusi. 2. Pemahaman tentang dasar-dasar fenomena filtrasi. Pemahaman tentang prinsip-prinsip keija filter. Kemampuan dasar merancang filter batch dan kontinyu. 3. Pemahaman tentang dasar-dasar evaporasi: sifat-sifat larutan. Pemahaman tentang berbagai jenis evaporator dan sistim evaporasi, cara-cara penghematan energi. Pemahaman tentang alat-alat pendukung sistim evaporasi dan prinsip-prinsip kerjanya. Kemampuan dasar merancang evaporator single effect dan multiple effect. Bahan, Sumber Informasi dan Referensi: Buku Wajib: 1. Mc Cabe, W.L., J.C. Smith and P. Harriot, 1985, Unit Operations of Chemical Engineering, 4th ed., McGraw-Hill Book Company, Singapore.
Universitas Gadjah Mada
2. Foust, A.S., L.A. Wenzel, C.W. Clump, L. Maus and L. B. Andersen, 1980, Principles of Unit Operations, 2nd ed., John-Wiley and Sons, Inc., New York. Buku Rujukan Tambahan: 1. Brown, G.G., et al., 1950, Unit Operations, John Wiley and Sons, Inc., New York. 2. Sattler, K and H. J. Feindt, 1995, Thermal Separation Processes: Principles and Design, VCH Publisher, Weinheim, Germany. 3. Rushton, A., A.S. Ward and R.G. Holdich, 1996, Solid-Liquid Filtration and Separation Technology, VCH Publisher, Weinheim, Germany. 4. Coulson, J.M., J.F. Richardson and R.K. Sinnott, 1983, Chemical Engineering Vol. 6 - Design, Pergamon Press, Oxford.
Universitas Gadjah Mada
