2.5 Proses Filtrasi dengan Membran
Membran merupakan lapisan tipis dari suatu material berpori yang dapat digunakan untuk proses pemisahan. Pori-pori yang kecil pada membran dapat
berfungsi sebagai penghalang secara fisik, sehingga mampu meloloskan dan menghalangi molekulsenyawa tertentu. Menurut Renner dan El-Salam 1991,
proses membran dikelompokan kedalam tiga kelas yaitu mikrofiltrasi, ultrafiltasi, dan
reverse osmosis . Beberapa parameter yang menjadi indikator
pengelompokkan tersebut disajikan pada Tabel 8. Tabel 8 Pengelompokan proses membran berdasarkan kisaran ukuran partikel
yang direjeksi.
Parameter Mikrofiltrasi Ultrafiltrasi
Reverse osmosis
Ukuran partikel tertahan
10
6
Da 0,01-10
μm 10
3
- 10
6
Da 0,001 -0,02
μm 10
3
Da 0,001
μm Tekanan bar
2 1 - 15
20 Mekanisme
penahanan Penyaringan
molekul Penyaringan
molekul Difusi Penyaringan
molekul Fluks l m
-2
h
-1
300 30 - 300
3 - 30
Sumber : Renner dan El-Salam 1991
Membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi telah banyak diaplikasikan dalam industri pangan untuk tujuan pengkonsentrasian, pemurnian biopolimer pada
suatu larutan makromolekul seperti protein,dan polisakarida Carrere et al. 1998; Jorda et al. 2002; Yeh dan Dong 2003; Cho et al. 2003.
Sistem operasi filtrasi membran dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu sistem dead-end dan sistem cross-flow. Pada sistem dead-end umpan dilewatkan
secara tegak lurus dengan membran sedangkan pada sistem cross-flow, umpan berupa larutan dialirkan sejajar dengan permukaan membran. Hasil proses pada
sistem cross-flow terdiri dari dua fraksi, yaitu molekul-molekul yang dapat melewati pori-pori membran yang disebut permeat dan molekul berukuran besar
yang tidak dapat melewati pori disebut retentat atau kosentrat Gambar 7. sedangkan sistem dead-end hanya satu fraksi saja yaitu retentat. Sistem operasi
cross-flow lebih menguntungkan dibanding sistem dead-end, karena laju cross-
flow dapat berfungsi sebagai aliran penyapu secara kontinyu terhadap retentat
yang menutupi permukaan membran Gould et al. 2004.
Gambar 7 Proses operasi filtrasi membran dengan sistem cross-flow
2.6 Model Fluks Hagen Poisuille.
Bila membran memiliki ketebalan ΔX dan pori-pori diasumsikan berbentuk
lingkaran dengan jari-jari R serta menyebar seragam dengan porositas . Jika suatu cairan dilewatkan pada permukaan membran dengan tekanan di bagian
dalam membran P
1
dan bagian luarnya P
2
. Jika P
1
P
2
, maka sebagian cairan akan
keluar melewati pori membran dengan profil kecepatan aliran cairan v pada pori membran berbentuk seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8 Profil kecepatan aliran zat cair yang melewati suatu membran Krijgsman 1992
Pori membran
membran Permeat
Permukaan membran
Molekul besar
Molekul kecil
Umpan Retentat
ΔX pori
Matriks membran
v
Kecepatan aliran permeat akan semakin kecil dengan semakin dekatnya dengan dinding pori membran dan mencapai nilai nol ketika pada permukaan
dinding pori membran. Adanya bentuk profil kecepatan aliran permeat yang demikian disebabkan oleh gaya gesek antara dinding pori membran dengan
komponen molekul penyusun zat cair Singh dan Heldman 1984. Besarnya nilai koefisien gaya gesek tersebut dinyatakan sebagai viskositas
η. Jika fluks permeat J didefinisikan sebagai jumlah volume cairan yang
melewati membran per satuan luas permukaan membran dan satuan waktu, model Hagen-Poiseuille memprediksi besarnya nilai fluks permeat tersebut seperti yang
disajikan dalam persamaaan 1
Keterangan : J
= Fluks permeat m s
-1
= Porositas
membran R
= Jari-jari pori membran m ΔP = Selisih tekanan dalam membran dengan luar membran Pa
η = Viskositas cairan yang melewati pori membran Pa s ΔX = Ketebalan membran m
Asumsi-asumsi yang dibuat dalam model tersebut adalah Cheryan 1998: 1. Aliran yang melalui pori bersifat laminar bilangan Renold kurang dari 2100.
2. Densitas konstan 3. Aliran independen terhadap waktu
4. Fluida bersifat Newtonian Berdasarkan model tersebut terlihat bahwa fluks berbanding lurus dengan
tekanan dan berbanding terbalik dengan viskositas bahan yang dipisahkan, hal ini berarti semakin tinggi tekanan operasi yang digunakan maka fluks yang
dihasilkan akan semakin tinggi juga. Ketebalan membran, porositas, dan jari-jari pori merupakan karakter yang
unik dari suatu membran dan biasanya digabungkan menjadi satu yang biasa disebut dengan tahanan membran internal Bai dan Leow 2002. Jika K
merupakan koefisien permeabilitas membran m Pa
-1
s
-1
dan Rm merupakan 1
R
2
ΔP J =
8 η ΔX
Kategori