MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
PEMISAHAN DENGAN MEMBRAN (MEM)
Disusun oleh: Felix Christopher Dr. I Gede Wenten Dr. Ardiyan Harimawan
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
DAFTAR ISI Daftar Isi ..................................................................................................................................2 Daftar Gambar ........................................................................................................................3 Daftar Tabel ............................................................................................................................4 Bab I Pendahuluan .................................................................................................................5 Bab II Tujuan dan Sasaran Percobaan ................................................................................6 2.1 Tujuan .....................................................................................................................6 2.2 Sasaran ....................................................................................................................6 Bab III Rancangan Percobaan ..............................................................................................7 3.1 Gambar dan Skema Alat Percobaan .......................................................................7 3.2 Alat dan Bahan ........................................................................................................7 Bab IV Prosedur Kerja ..........................................................................................................8 4.1 Langkah Kerja .........................................................................................................8 Daftar Pustaka ........................................................................................................................9 Lampiran A Tabel Data Mentah ......................................................................................... 10 A.1 Pengukuran Laju Alir Standar dengan Aqua dm ................................................. 10 A.2 Pengukuran Laju Alir dengan Larutan Umpan .................................................... 10 Lampiran B Prosedur Perhitungan .................................................................................... 11 B.1 Perhitungan Fluks ................................................................................................. 11 B.2 Perhitungan Cross-Flow Velocity ........................................................................ 11 B.3 Perhitungan Resistansi ......................................................................................... 11 Lampiran C Data Spesifikasi dan Literatur ...................................................................... 12 C.1 Spesifikasi Modul Membran ................................................................................ 12
MEM
2
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Perangkat alat ultrafiltrasi.......................................................................................7 Gambar 2 Skema alat ultafiltrasi .............................................................................................7
MEM
3
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
DAFTAR TABEL Tabel 1 Tabel fluks aqua dm pada berbagai TMP ................................................................. 10 Tabel 2 Tabel laju alir produk selama proses ......................................................................... 10 Tabel 3 Spesifikasi modul membran ...................................................................................... 12
MEM
4
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
BAB I PENDAHULUAN Teknologi membran adalah salah satu teknologi yang banyak digunakan dalam proses pemisahan. Dahulu, teknologi ini tidak digunakan secara komersial pada suatu industri, namun banyak digunakan pada laboratorium untuk mengembangkan teori fisika dan kimia. Kemudian, teknologi ini berkembang dengan pesat dan penerapannya semakin luas. Membran tidak hanya digunakan dalam proses pemisahan di laboratorium maupun industri, namun juga mampu memberikan solusi bagi masyarakat dalam pemenuhan kebutuhan seharihari. Salah satu penerapan dari teknologi membran adalah ultrafiltrasi. Ultrafiltrasi adalah jenis proses pemisahan dengan membran yang digunakan di laboratorium dan industri untuk memisahkan padatan dari fluida. Proses ini banyak dimanfaatkan untuk pemurnian air dan pengolahan susu, seperti pemekatan susu, fraksinasi whey, serta pembuatan keju. Kelangsungan proses ultrafiltrasi sangat bergantung pada fenomena fouling, dimana pori-pori membran mengalami penyumbatan dan terjadi polarisasi konsentrasi zat yang ingin dipisahkan. Fouling dapat menurunkan efisiensi proses dan meningkatkan biaya operasi serta perbaikan. Untuk mengatasi fouling , perlu dilakukan cleaning sehingga membran dapat beroperasi seperti semula.
MEM
5
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN 2.1 Tujuan:
Praktikan dapat memahami prinsip dasar proses pemisahan dengan membran
Praktikan dapat mempelajari karakteristik penurunan fluks dan fenomena fouling pada proses pemisahan dengan membran
2.2 Sasaran:
Praktikan dapat mengamati variabel-variabel yang terlibat pada proses
Praktikan mendapatkan kondisi optimum proses pemisahan dan cleaning membran
Praktikan dapat menentukan parameter fouling pada membran
MEM
6
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN 3.1 Gambar dan skema alat percobaan
Gambar 1 Perangkat alat ultrafiltrasi
Gambar 2 Skema alat ultrafiltrasi
3.2 Alat dan bahan Perangkat dan alat ukur: Perangkat alat UF Gelas ukur 1 L Gelas ukur 100 mL Labu takar 1 L Stopwatch Pipet tetes MEM
7
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
BAB IV PROSEDUR KERJA 4.1 Langkah Kerja 1. Siapkan aqua dm pada suatu wadah 2. Siapkan satu buah wadah lagi sebagai penampung permeat 3. Nyalakan pompa, lalu atur tekanan umpan dan konsentrat dengan mengatur valve pada aliran umpan 4. Ukur fluks permeat membran pada berbagai trans membrane pressure (TMP) menggunakan aqua dm sebagai standard, tunggu hingga konstan kemudian catat nilainya 5. Matikan pompa, ganti aqua dm pada wadah dengan larutan umpan 6. Nyalakan pompa, atur kondisi operasi pada TMP tertentu 7. Amati perubahan fluks permeat membran dan catat nilai fluks pada rentang waktu tertentu 8. Saat nilai fluks turun menjadi 90% dari fluks awal, hentikan proses dengan mematikan pompa 9. Lakukan backwash dengan aqua dm pada tekanan operasi dan waktu yang ditentukan 10. Setelah backwash, ulangi proses dengan larutan umpan dan lakukan kembali langkah 6 s/d langkah 9 (masih dengan TMP yang sama) 11. Setelah selesai, matikan pompa 12. Siapkan larutan NaOH 0.4%-w sebagai larutan pencuci membran 13. Larutan pencuci dipompa menuju membran, valve dibuka penuh 14. Cuci bersih modul membran menggunakan larutan NaOH 0.4%-w selama 30 menit 15. Setelah selesai mencuci, alirkan lagi aqua dm (TMP tetap) kedalam membran dan ukur fluks permeatnya. 16. Ulangi langkah 6 s/d langkah 15 dengan memvariasikan nilai TMP 17. Setelah selesai, lakukan pencucian lagi dengan larutan NaOH 0.4%-w selama 30 menit.
MEM
8
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
DAFTAR PUSTAKA 1. Baker, R.W., 2012, Membrane Technology and Applications, John Wiley and Sons Ltd, Wessex, UK 2. Nigam, M.O., Bansal, B., and Chen, X.D., 2008, Fouling and cleaning of whey protein concentrate fouled ultrafiltration membranes, Elsevier Desalination 218, 313 – 322 3. Zhang, G. J., and Liu, Z. Z., 2004, Membrane fouling and cleaning in ultrafiltration of wastewater from banknote printing works, Elsevier Journal of Membrane Science 211, 235 - 249
MEM
9
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH A.1 Pengukuran Laju Alir Standar dengan Aqua dm Tabel 1 Tabel fluks aqua dm pada berbagai TMP
A.2 Pengukuran Laju Alir dengan Larutan Umpan Tabel 2 Tabel laju alir produk selama proses Awal t (menit)
Pasca backwash
laju alir produk (ml/s)
Laju alir akhir aqua dm seteleh pencucian dengan NaOH =
MEM
10
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN B.1 Perhitungan Fluks 𝑗 = 𝐹/𝐴𝑒𝑓𝑓 dengan, j
= fluks aliran (m3/m2.s)
F
= laju alir (m3/s)
Aeff
= luas permukaan membrane (m2)
B.2 Perhitungan Cross-Flow Velocity 𝑉= dengan, V
𝑄 𝐴𝑐
= kecepatan cross-flow (m/s)
Q
= laju alir (m3/s)
Ac
= luas permukaan cross-flow (m2)
B.3 Perhitungan Resistansi 𝑅𝑇 =
𝑇𝑀𝑃 = 𝑅𝑀 + 𝑅𝐹,𝑟𝑒𝑣 + 𝑅𝐹,𝑖𝑟𝑟𝑒𝑣 + 𝑅𝐶 𝜇𝑥𝑗
dengan, TMP = trans membrane pressure (bar)
MEM
μ
= viskositas fluida (kg/m.s)
j
= fluks aliran (m3/m2.s)
RT
= resistansi total (m-1)
RM
= resistansi membrane (m-1)
RF
= resistansi akibat fouling (m-1)
RC
= resistansi akibat pembentukan cake (m-1)
11
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pemisahan Dengan Membran
LAMPIRAN C DATA SPESIFIKASI DAN LITERATUR C.1 Spesifikasi Modul Membran Tabel 3 Spesifikasi modul membran
Bahan Diameter luar (mm) Diameter dalam (mm) Jumlah membrane Panjang membran efektif (mm)
MEM
Polysulfone single bore 2.68 1.92 106 100
12
