Upload
gautam
View
221
Download
13
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Separasi Membran. B. B. A. B. B. A. A. B. Pendahuluan : Proses Pemisahan. B. A. B. B. A. B. A. B. Sejumlah proses membran telah berevolusi yang memanfaatkan tekanan sebagai driving force dan membran semipermeabel untuk pemisahan komponen dalam larutan atau dispersi koloid. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
• Sejumlah proses membran telah berevolusi yang memanfaatkan tekanan sebagai driving force dan membran semipermeabel untuk pemisahan komponen dalam larutan atau dispersi koloid.
• Pemisahan didasarkan pada perbedaan ukuran molekuler
• Dimensi komponen yang dipisahkan dalam range < 1 nm sampai > 1000nm (1 meter = 109 nano meter)
• Proses pemisahan komponen berdasarkan perbedaan berat dan ukuran molekul melalui suatu membran semipermeabel, dimana akan diperoleh komponen dengan ukuran molekul besar akan tertahan (retentate) dan komponen yang melewati membran (permeate)
• Faktor kelayakan teknis dan ekonomis:– Tingkat separasi– Kualitas produk– Nilai ekonomi produk – Sifat bahan/produk dan bidang aplikasinya– Jenis pengotor– Konsumsi energi– Kondisi lokasi, lingkungan dan kebijakan
Macam separasi membran
1. Reverse osmosis (hyperfiltration) /RO2. Nanofiltration /NF3. Ultrafiltration /UF4. Microfiltration /MF
Terminologi• Bahan umpan diterapkan ke satu sisi membran dan
mengalami tekanan.• Dalam kebanyakan kasus, umpan mengalir dalam arah
sejajar dengan permukaan membran (filtrasi crossflow)• Proses membran dicirikan bahwa aliran umpan dipilah
menjadi dua aliran, yaitu aliran permeat/filtrat dan aliran retentat/konsentrat
• Aliran yang melewati membran dibawah pengaruh tekanan disebut permeat (filtrat)
• Aliran yang tertinggal (tidak lolos membran) disebut sebagai konsentrat atau retentat
Feed
Membran
Filtrat/permeat
Dead-End Filtration
Membran
Feed Konsentrat
Crossflow filtrasi
Filtrat/permeat
Produk separasi membran
• Konsentrasi Sebagai produk adalah retentat
• Purifikasi Baik retentat ataupun permeat dapat sebagai produk yang
dikehendaki, tergantung jenis pengotor yang harus dihilangkan
• Fraksinasi Baik retentat mapun permeat dapat menjadi produk
Keunggulan proses membran:
– Separasi dapat dilakukan secara kontinu– Konsumsi energi umumnya rendah– Dapat dikombinasikan dengan mudah
dengan proses lainnya (hybrid processing)– Tidak diperlukan pengubahan fase medium– Penggandaan skala (up-scaling) mudah– Sifat membran bersifat variable dan dapat
dikendalikan– Tanpa bahan tambahan
Membran• Sebagai jantung proses membran• Sebagai permselective barrier atau interface
antar dua fase• Pemisahan terjadi karena membran memiliki
kemampuan mentransport satu komponen dari campuran umpan lebih selektif daripada komponen-komponen lainnya
Fase 1 Fase 2
PermeatFeed
Membran
• Definisi umum: membrane is a selective barrier between two phases, the term ‘selective’ being inherent to a membrane or a membrane process
• Membran:– Ketebalan: dapat tipis atau tebal– Struktur: dapat homogen atau heterogen– Transport: dapat aktif atau pasif– Dapat alami atau buatan
Klasifikasi Membran
ca ir
In vers i fase K om p os it
A s im e trik
N on -P orou s(b erm u atan /tak -b erm u atan )
B io log ik
S im etrik A s im etik
P orou s
A n org an ik
P ad a t
S in te tik B io log ik
M em b ran
Asal
Bentuk
Bahan
Morfologi/Struktur
Produksi
Bahan Membran
• Bahan Organik (Polimer):– Polimer untuk Membran berpori– Polimer untuk membran tak-berpori
• Bahan anorganik:– Membran keramik– Membran gelas– Membran metal (termasuk karbon)– Membran zeolit
Contoh Polimer untuk membranPolikarbonatPoly(vinylidene-fluoride) – PVDFPoly(tetrafluoroethylene) – PTFEPolypropylene – PPPolyamide – PACellulose-EstersPolysulfone – PSPoly(ether-imide)Polyetherether ketone
Proses separasi
• Transport melalui membran terjadi akibat dari daya penggerak yang dikenakan pada komponen-komponen dalam feed
• Dalam banyak kasus, laju permeasi (fluks) proporsional terhadap daya penggerak (driving force)
Fluks Tipikal untuk MF, UF, NF dan RO
Proses Membran
Tekanan (bar)
Permeabilitas(L.m-2.hr-1.bar-
1)
MF 0,1 – 2,0 > 50
UF 1,0 – 5,0 10 – 50
NF 5,0 – 20 1,4 – 12
RO 10 - 100 0,05 – 1,4
Kinerja atau Effisiensi Proses Membran:• Ditentukan oleh dua parameter:
– Selektivitas– Fluks atau laju permasi (L/m2hr atau kg/m2hr
atau mol/m2hr) atau koefisien permeabiltas (L/m2.hr.bar)
• Selektivitas umumnya dinyatakan oleh satu dari dua parameter: retensi ( R ) atau faktor pemisahan ( )
F
P
F
PFcc
cccR
1 cF dan cP masing-masing
adalah konsentrasi suatu komponen dalam Feed dan PermeatR=1 pemisahan sempurna
R=0 tidak terjadi pemisahan
Selektivitas membran:Selektivitas membran digunakan untuk campuran gas atau campuran cairan organik umumnya dinyatakan dalam faktor separasi ():
BA
BAA/B xx
yy//
yA dan yB: konsentrasi komponen A dan B dalam permeatxA dan xB: konsentrasi komponen A dan B dalam feed
Jika laju permeasi komponen A melalui membran lebih besar daripada komponen B, faktor separasi dinyatakan sebagai A/B, jika sebaliknya dinyatakan sebagai B/A
0,1
1
10
100
1000
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100
Ukuran Partikel/Molekul ( mm)
Per
beda
an T
ekan
an (b
ar)
FiltrasiMikrofiltrasi
Ultrafiltrasi
Nano-filtrasi
Reverse Osmosis
Mikrofiltrasi (MF) MF dapat memisahkan
partikel berukuran > 0,05 mm
Bahan berukuran < 0,05 mm (garam/ion, gula & protein) melewati membran MF
Ukuran pori: 0,08 – 10 mm Tekanan : 0,1 – 3 bar
Padatan tersuspensi, sel/biomass, koloid
Membran
Air Garam/ion, Makromolekul
Membran MF
Membran: Simetris atau asimetrisKetebalan: 10 – 150 mmUkuran Pori: 0,05 – 10 mmDriving force: Tekanan (< 2 bar)Prinsip separasi:
Mekanisme penyaringan
Bahan membran
Polimer atau keramik
Aplikasi: Aplikasi analitis, sterilisasi (pangan, minuman, farmasi, klsrifikasi minuman (juice, bir, wine), pemisahan sel/biomassa/bioreaktor, air ultra-bersih, recovery metal sebagai oksida atau hidroksida koloid, fermentasi kontinu, pemisahan emulsi air-minyak, waste-water treatment, plasma-pheresis
Ultrafiltrasi (UF) UF dapat memisahkan bahan
berukuran > 0,005 mm UF dan MF adalah identik,
hanya membran UF asimetris membran lebih padat/rapat
Molekul berukuran kecil (garam/ion, dan gula) dapat melewati membran UF
Tekanan: 1 – 10 bar
Garam-garaman/ion, gula
Partikel dan Makromolekul
Membran
Air
Membran UF (Summary):
Membran Asimetris
Ketebalan 150 mm
Ukuran pori 1 – 100 nm
Driving force Tekanan (1 – 10 bar)
Prinsip Pemisahan Mekanisme penyaringan
Bahan membran Polimer (e.g. polysulfone, polyacrylonitrile)Keramik (e.g. Zirconium oxide, aluminium oxide)
Aplikasi Industri susu (milk, whey, cheese making), industri pangan (pati, protein), klarifikasi minuman, pemisahan emulsi minyak-air, recovery electropaint, dan produk/produk samping, farmasi (enzym, antibiotik, pyrogen), water/ wasteater treatment, daur-ulang air, disinfeksi, penghilangan minyak, membran-bioreaktor
Nanofiltrasi (NF) Terletak diantara UF dan RO Tekanan: 10 – 35 bar Dapat memisahkan ion dwi-valensi
(Mg2+ dan Ca2+), penghilangan kesadahan
Tipikal rejeksi (5 bar, 200 ppm): 60 % NaCl, 80 %, Ca(CO3)2, 98 % MgSO4, Glukosa, Sukrosa
Aplikasi: Pemisahkan gula (sumber C-eksternal), eliminasi warna, dan kesadahan, logam berat
Ion bervalensi satu
Partikel, makromolekul, ion bivalen
Membran
Air
NF (Summary):
Membran KompositKetebalan Sublayer 150 mm; toplayer 1 mmUkuran pori < 2 nmDriving force Tekanan (10 – 25 bar)Prinsip Pemisahan
Solution-diffusion
Bahan membran
Polyamide (interfacial polymerization)
Aplikasi Desalinasi air payau, penyisihan mikropolutan, pelunakan air, wastewater treatment, retensi pewarna (industry tekstil)
Hiperfiltrasi/Reverse Osmosis (RO) Membran non-porous, hampir
hanya air yang dapat melewati membran RO
Garam/ion dan bahan organik dapat dihalangi membran RO
Tekanan: 20-60 bar, tetapi dapat juga s/d 200 bar
Aplikasi: penanganan leachate, penghilangan logam berat, gram-graman, dan bahan organik sintetik
Partikel dan Makromolekul, ion bervalensi dua Ion bervalensi satu
Membran
Air
Reverse osmosis/Hiperfiltasi (Summary):
Membran Asimetris atau KompositKetebalan Sublayer 150 mm; toplayer 1 mm
Ukuran pori < 2 nmDriving force Tekanan: air payau 15 – 25 bar; air laut:
40 – 80 barPrinsip Pemisahan
Solution-diffusion
Bahan membran
Cellulose triacetate, aromatic polyamide, polyamide dan poly(ether urea) (interfacial polymerizaztion)
Aplikasi Desalinasi air payau/air laut, produksi air ultra-bersih (industri lektronik), pengkonsentrasian juice atau gula, milk penyisihan mikropolutan, wastewater treatment
Nanofiltrasi dan Reverse Osmosis
Larutan RO NF
Ion monovalen (Na, K, Cl, NO3
-> 90 % < 50 %
Ion bivalen (Ca, Mg, SO4
2-, CO32-
> 99 % > 90 %
Bakteri dan virus > 99 % < 99 %
Microsolute (BM > 100)
> 90 % > 50 %
Microsolute (BM < 100
0 – 99 % 0 – 50 %