rossy oktasari - difusi turbulen dan perpindahan massa antar fase.docx

7/25/2019 ROSSY OKTASARI - DIFUSI TURBULEN DAN PERPINDAHAN MASSA ANTAR FASE.docx

1/27

OPERASI TEKNIK KIMIA IV

DIFUSI TURBULEN DAN PERPINDAHAN

MASSA ANTAR FASE

Disusun Oleh :

Nama : Rossy O!asa"i

NIM : #$ $%#& %#'(P

Kelas : VI)*

Dosen Pem+im+in, : D"( I"( K,s( A( Roni- M(T(

PRO.RAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADI/AH PALEMBAN.

$%#0


2/27

KATA PEN.ANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena

telah melimpahkan nikmat, rahmat, hidayah dan karunia-Nya dan memberikan

kesempatan kepada kami untuk menyelesaikan makalah kami yang berjudul

1Di2usi Tu"+ulen 3an Pe"4in3ahan Massa An!a" Fase5.

Meskipun masih banyak kekurangan dalam pembuatan makalah ini, tetapi

kami berhasil menyelesaikannya. Makalah ini dibuat sebagai salah satu syarat

untuk menyelesaikan pembelajaran Operasi Teknik Kimia I pada !urusan Teknik

Kimia pada "emester I ini.

Tak lupa kami mengu#apkan terima kasih kepada d$sen pembimbing

%apak &r. Ir. Kgs. '. ($ni, M.T., yang telah membantu kami dalam mengerjakan

makalah ini. "em$ga makalah ini dapat berguna dan berman)aat untuk pemba#a.

Palembang, 'pril *+

Penyusun

1


3/27

DAFTAR ISI

KATA PEN.ANTAR ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( i

DAFTAR ISI(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ii

Ba+ I Pen3ahuluan((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( #

. atar %elakang..............................................................................

Ba+ II Pem+ahasan(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( $

*. Perpindahan Massa...................................................................... *

*.* 'ds$rpsi....................................................................................... / *./ Pengeringan................................................................................. 0

*.0 Ekstraksi...................................................................................... 1

*.1 &i)usi...........................................................................................

*. &i)usi Turbulen............................................................................ 2

*.3 &i)usi 'ntar 4ase.........................................................................

*.5 6ubungan Keseimbangan 'ntar 4ase..........................................1

*.2 K$e)isien Perpindahan Massa Keseluruhan................................3

Ba+ III Penu!u4((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((($%

/. Kesimpulan

...................................................................................*+

DAFTAR PUSTAKA(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((($$

LAMPIRAN(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((($6

2


4/27

BAB I

PENDAHULUAN

#(# La!a" Belaan,

Pr$ses-pr$ses perpindahan 7transfer8 di bidang Teknik Kimia meliputi 9

'. 4isis

. Trans)er M$mentum

&ijumpai di kasus aliran )luida, pen#ampuran, sedimentasi dan )iltrasi.

*. Trans)er Panas

&ijumpai pada alat-alat pertukaran panas 7heat exchanger8, distilasi

dan pengeringan./. Trans)er Massa

Trans)er massa ini dapat berupa trans)er massa padat-#air, #air-#air,

gas-gas dan padat-gas. Trans)er massa dapat dijumpai pada ads$rpsi,

pengeringan, ekstraksi, alat-alat distilasi, abs$rbsi, stripping dan

membran.

%. Kimia, yaitu ke#epatan reaksi kimia.

Pr$ses perpindahan massa sangat penting dalam bidang ilmu pengetahuan

dan teknik, terutama dalam teknik kimia. Perpindahan massa terjadi pada

k$mp$nen dalam #ampuran berpindah dalam )ase yang sama atau dari )ase satu ke

dalam )ase yang lain karena adanya perbedaan k$nsentrasi.

"alah satu pr$ses perpindahan massa adalah di)usi. Pr$ses di)usi terjadi

karena adanya perpindahan massa suatu :at dimana massa dapat berpindah dari

k$ndisi dengan k$nsentrasi tinggi ke k$nsentrasi rendah.

Pr$ses di)usi sering dilakukan di industri-industri. &an yang terjadi

kebanyakkan adalah di)usi antara dua )ase. Karena itu dianggap penting untuk

mempelajari tentang di)usi dan perpindahan massa antar )ase.

1


5/27

BAB II

PEMBAHASAN

$(# Pe"4in3ahan Massa

Kebanyakan peristi;a perpindahan massa melibatkan dua )asa yang

dik$ntakkan agar terjadi perpindahan massa antara k$mp$nen-k$mp$nen yang

saling melarutkan. Ketika sistem berisi dua atau lebih k$mp$nen yang

k$nsentrasinya berbeda-beda antar titik, ada ke#enderungan alami dari massa

untuk berpindah, untuk meminimalkan perbedaan k$nsentrasi dalam sistem.

Perbedaan k$nsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien k$nsentrasi.

Peristi;a perpindahan massa atau transfer massa banyak dijumpai di

dalam kehidupan sehari-hari, di dalam ilmu pengetahuan dan di industri.


6/27

/. Ekstraksi

$($ A3so"4si

'ds$rpsi atau penjerapan adalah suatu pr$ses yang terjadi ketika suatu

)luida, #airan maupun gas, terikat pada suatu padatan 7:at penjerap, ads$rben8 dan

akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau )ilm 7:at terjerap, ads$rbat8 pada

permukaan padatan tersebut. %erbeda dengan abs$rbsi yang merupakan

penyerapan )luida $leh )luida lainnya dengan membentuk suatu larutan.

&e)inisi lain menyatakan ads$rpsi sebagai suatu peristi;a penjerapan pada

lapisan permukaan atau antar )asa, dimana m$lekul dari suatu materi terkumpul

pada bahan pengads$rpsi atau ads$rben.

&alam kinerja alat perpindahan massa terjadi karena adanya perbedaan

k$nsentrasi di kedua titik. 'ds$rpsi adalah pr$ses pemisahan dimana k$mp$nen

tertentu dari suatu )asa )luida berpindah ke permukaan :at padat yang menyerap

7ads$rben8 7M#


7/27

1. K$nsentrasi ads$rbat di dalam )ase #air, semakin tinggi k$nsentrasi maka

i$n yang dihasilkan juga semakin banyak sehingga mempengaruhi

ads$rpsi atau penyerapan larutan tersebut.

. p6, jika pr$ses ads$rpsi tidak terjadi pada le>el p6 tertentu, maka >ariasi

le>el p6 harus ditentukan

3. Temperatur, semakin tinggi temperatur semakin sulit untuk menyerap :at,

temperatur lebih e)ekti) digunakan untuk ads$psi adalah temperatur kamar

7suhu ruang, yaitu *25 K8

7


8/27

aju perpindahan massanya adalah 9

Na=hm A (C

ASC

A

)&imana 9

Na @ aju perpindahan massa 7Km$lAs8

hm @ K$e)isien perpindahan massa k$n>eksi 7mAs8

' @ uas permukaan perpindahan massa 7m*8


9/27

$(& Di2usi

&i)usi merupakan salah satu peristi;a perpindahan massa yang pr$sesnya

sering juga dilakukan dalam industri-industri. &i)usi adalah peristi;a mengalirnya

atau berpindahnya suatu :at dalam pelarut dari bagian berk$nsentrasi tinggi ke

bagian yang berk$nsentrasi rendah.

Pr$ses di)usi minimal melibatkan dua :at, salah satu :at berk$nsentrasi

lebih tinggi daripada :at lainnya atau dapat dikatakan dalam k$ndisi belum

setimbang. Keadaan ini dapat menjadi driving forcedari pr$ses di)usi. &i)usi akan

terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas se#ara merata atau men#apai

keadaan kesetimbangan dimana perpindahan m$lekul tetap terjadi ;alaupun tidak

ada perbedaan k$nsentrasi.

Ke#epatan terjadinya di)usi tergantung pada gradient k$nsentrasi. 'danya

gradien k$nsentrasi di dalam masing-masing )asa menyebabkan sistem bergerak

menuju kesetimbangan. 'pabila kesetimbangan ter#apai maka gradien k$nsentrasi

dan ke#epatan di)usi akan sama dengan n$l.Pr$ses di)usi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu :at dimana

massa dapat berpindah dari k$ndisi dengan k$nsentrasi tinggi ke k$nsentrasi

rendah. Perpindahan massa dapat terjadi dalam )asa gas maupun #air. Peristi;a

di)usi berakhir jika telah men#apai keadaan setimbang antara dua keadaan 7pada

keadaan sebelumnya terdapat perbedaan k$nsentrasi sehingga keadaan belum

setimbang8. Pr$ses di)usi dapat terus-menerus berlangsung jika perbedaan

k$nsentrasi antara dua k$ndisi dipertahankan. 6al ini dapat dilakukan dengan

mengalirkan )luida yang merupakan tempat akan berdi)usinya suatu m$lekul

se#ara terus menerus. Pr$ses di)usi akan berhenti jika k$ndisi dari dua )luida

sudah sama atau setimbang.

Terdapat beberapa )akt$r yang memengaruhi ke#epatan di)usi, yaitu 9

. Bkuran partikel, semakin ke#il ukuran partikel, semakin #epat partikel itu

akan bergerak, sehinggak ke#epatan di)usi semakin tinggi.

*. Ketebalan membran, semakin tebal membran, semakin lambat ke#epatan

di)usi.

6


10/27

/. uas suatu area, semakin besar luas area, semakin #epat ke#epatan

di)usinya.

0. !arak, semakin besar jarak antara dua k$nsentrasi, semakin lambat

ke#epatan di)usinya.

1. "uhu, semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak

dengan lebih #epat.

6ukum &i)usi 4i#k

Perpindahan massa dalam sistem dijelaskan $leh 6ukum pertama 4i#k9 C&i)usi

)luks dari k$nsentrasi tinggi ke k$nsentrasi rendah berbanding lurus dengangradien k$nsentrasi substansi dan di)usi>itas substansi pada medium.C

J 'AZ=DABdC

dz

4luks berbanding lurus dengan gradient k$nsentrasi, d


11/27

$(&(#(# Di2usi *ai"

&ikatakan di)usi #air jika terjadi perpindahan m$lekul #airan dari

k$nsentrasi tinggi ke k$nsentrasi rendah.


12/27


13/27

dan energi kal$r. Bntuk aliran massa yang turbulen dengan k$nsentrasi yang

k$nstan berlaku persamaan 9

D

(AB+M)dcA

dz

J 'AZ=

&imana 9

!'=@ 4luks m$lar k$mp$nen ' pada arah sumbu : 7kgm$lAm*s8

&'% @ K$e)isien di)usiAdi)usi m$lekular m$lekul ' melalui % 7m*As8

M @ &i)usi>itas massa turbulen 7m*As8

< @ K$nsentrasi 7kgm$lAm/8

: @ !arak di)usi 7m8

tanda negati) pada persamaan menandakan bah;a di)usi terjadi dalam arah yang

berla;anan dengan kenaikan k$nsentrasi 7arah D p$siti)8.

&i)usi pusaran itu bergantung pada si)at-si)at )luida, serta juga pada

ke#epatan dan p$sisi didalam arus aliran. Pada kebanyakan $perasi perpindahan

massa, aliran turbulen diperlukan untuk meningkatkan laju perpindahan massa per

satuan luas atau untuk membantu mendispersikan )luida yang satu ke )luida yang

lain, sehingga memberikan lebih banyak lagi antarmuka. "elain dari itu,

perpindahan massa ke antarmuka )luida sering bersi)at tak-steady dengan gradien

k$nsentrasi yang selalu berubah dan demikian pula laju perpindahan massanya.

K$nsep dasar te$ri )ilm ialah bah;a tahanan terhadap di)usi dapat

dianggap eki>alen dengan tahanan di dalam )ilm yang tebalnya tertentu. Te$ri )ilm

sering dipakai sebagai dasar untuk s$al-s$al rumit tentang di)usi multik$mp$nen

atau di)usi yang disertai reaksi kimia. "ebagai #$nt$h, misalkan perpindahan

massa dari suatu arus gas turbulen kedinding suatu pipa, disini terdapat lapisan

laminer didekat dinding, dimana perpindahan massa kebanyakan $leh di)usi

m$lekular, dan gradien k$nsentrasi pun mendekati linier. Makin jauh jaraknya dari

dinding, turbulennya menjadi lebih kuat dan di)usi>itas pusaran pun meningkat,

yang berarti di perlukan gradien yang lebih ke#il untuk menghasilkan )luks yang

sama.

10


14/27

$(9 Di2usi An!a" Fase

Pada $perasi alat trans)er massa, banyak melibatkan trans)er massa antara

* 7dua8 )ase atau lebih yang dik$ntakkan. Yang mana terdapat beda k$nsentrasi di

masing-masing )ase.


15/27

Ke#epatan perpindahan s$lute 7'8 9

NA=kc (CASCA)

&imana 9

N' @ Ke#epatan trans)er massa @massa A

Waktu luastransfr

k# @ K$e)isien trans)er massa

idual.

E)isiensi stage atau plate pada $perasi destilasi, abs$rbsi atau ekstraksi

merupakan )ungsi dari laju perpindahan massa dan k$e)isien perpindahan. &alam

$perasi dimana bahan dikeluarkan dari :at padat permeabel, seperti pada $perasi

pengurasan 7lea#hing8 atau pengeringan. Te$ri dua )ilm dapat diterapkan pada

perpindahan massa pasa piring tapis 7sie>e tray8, untuk membantu

mengk$relasikan dan memperluas data e)isiensi piring. Felembung-gelembung

yang terbentuk pada lubang-lubang piring diandaikan naik melalui k$lam :at #air,

dimana :at #air itu ber#ampur se#ara >ertikal sehingga mempunyai k$mp$sisi

l$kal. Felembung-gelembung itu mengalami perubahan k$mp$sisi pada ;aktu

naik, tetapi dalam )ase gas ini kita andaikan bah;a tidak terdapat pen#ampuran

pada arah >ertikal.

12


16/27

E)isiensi tahap dalam pr$ses pengurasan bergantung pada ;aktu k$ntak

antara :at padat dan larutan dan laju di)usi pelarut dari :at padat ke :at #air. !ika

partikel :at padat itu tidak ber$ngga-r$ngga dan :at-terlarut itu hanya terdapat

pada )ilm tipis :at #air yang berada diseputar partikel itu, perpindahan massa akan

berlangsung dengan #epat dan kesetimbangan akan dapat di#apai dalam

sembarang ;aktu k$ntak yang ;ajar.

Trans)er massa s$lute ' dari )luida I 7gas8 ke )luida II 7#airan8.

Fambar 1. Trans)er Massa 'ntar 4ase &ua 4ilm

. Trans)er massa dari badan utama )ase I ke permukaan antar )ase II.

NA=k$(%A$%A&)

*. Trans)er massa antar )ase, dari antar )ase ke badan utama )ase II.

NB=k (CA&CA)

&ari kedua persamaan diatas maka

%A$%A&CACA&

=kk$

13


17/27

Fambar . K$nsentrasi :at terlarut dalam )ase #air, gas dan pada antar muka

Persamaan diatas adalah k$e)isien arah dari garis p, maka jika k$e)isien

perpidahan massa kdan kFdiketahui, begitu juga k$nsentrasi dalam kedua )asa


18/27

Perpindahan massa akan berlangsung selama ada perbedaan k$nsentrasi di

lapisan )ilm. !ika k$nsentrasi di batas )ase sudah sama dengan k$nsentrasi di

badan utama, maka keadaan jenuh atau keseimbangan telah ter#apai.

&ari uraian di atas, tampak bah;a hubungan keseimbangan menjadi

sangat penting untuk diketahui. 6al ini dapat digunakan untuk menentukan pr$)il

k$nsentrasi di kedua )ase.

$( Hu+un,an Keseim+an,an An!a" Fase

Bntuk memprediksi k$nsentrasi s$lute di masing-masing )ase pada

keadaan berkeseimbangan, maka perlu data keseimbangan berdasarkan hasil

eksperimen. ariabel->ariabel yang mempengaruhi keseimbangan adalah

temperatur, tekanan dan k$nsentrasi.


19/27

Makin tinggi k$nsentrasi N6/ dalam #airan maka ke#epatan di)usi semakin

rendah, selama terjadi di)usi N6/ ke dalam #airan ada juga sebagian yang

meninggalkan #airan kembali ke )asa gas. Kalau dibiarkan dalam ;aktu yang

#ukup lama, akhirnya di#apai keadaan setimbang yaitu ke#epatan N6 /kembali ke

)asa gas dan kesetimbangan ini dinamakan Kesetimbangan &inamis.

!ika penambahan amm$nia dalam bejana diteruskan serta dibiarkan dalam

;aktu yang #ukup lama, maka akan di#apai lagi keadaan setimbang berikutnya

dan seterusnya. Pada keadaan setimbang k$nsentrasi N6/dalam keadaan )asa #air

dinyatakan dengan k$nsentrasi


20/27

6ubungan keseimbangan 9 data kelarutan. "ering dijumpai di $perasi

ekstraksi #air-#air.

/. Bap H e >$latilitas. %anyak dijumpai di $perasi distilasi, alat-alat

pertukaran panas dengan perubahan )ase seperti heat eD#hanger, #$ndenser

dan >ap$uriser.

0. Padat H


21/27


22/27


23/27

BAB III

PENUTUP

6(# Kesim4ulan

Perpindahan massa terjadi pada k$mp$nen dalam #ampuran berpindah

dalam )ase yang sama atau dari )ase satu ke dalam )ase yang lain karena adanya

perbedaan k$nsentrasi. !enis-jenis pr$ses perpindahan massa antar )ase antara

lain9

. 'ds$rpsi'ds$rpsi atau penjerapan adalah suatu pr$ses yang terjadi ketika suatu

)luida, #airan maupun gas, terikat pada suatu padatan 7:at penjerap,

ads$rben8 dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau )ilm 7:at

terjerap, ads$rbat8 pada permukaan padatan tersebut.

*. Pengeringan

Pr$ses pengeringan merupakan pr$ses sejumlah massa uap air se#ara

simultan dengan membutuhkan energi untuk menguapkan kandungan air

yang dipindahkan dari permukaan bahan ke media pengering

7"uarnad;ipa, *++58.

/. Ekstraksi

"e#ara umum de)inisi ekstraksi pelarutA#air-#air adalah pr$ses pemisahan

suatu k$mp$nenAs$lut dari larutan )ase air menggunakan pelarut $rganik

tertentu.

&i)usi adalah peristi;a mengalirnya atau berpindahnya suatu :at dalam

pelarut dari bagian berk$nsentrasi tinggi ke bagian yang berk$nsentrasi rendah.

Di2usi Tu"+ulenPerbedaan antara di)usi turbulen dan m$lekuler adalah pada nilai k$e)isien

di)usinya, nilai k$e)isien di)usi turbulen biasanya lebih besar dibanding nilai

k$e)isien di)usi m$lekuler. Bntuk aliran massa yang turbulen dengan k$nsentrasi

yang k$nstan berlaku persamaan 9

D

(AB+M)dcA

dz

J 'AZ=

20


24/27

Di2usi An!a" Fase

Pada $perasi alat trans)er massa, banyak melibatkan trans)er massa antara

* 7dua8 )ase atau lebih yang dik$ntakkan. !enis di)usi atau trans)er massa antar

)ase, yaitu 9

. Trans)er Massa antar 4ase "atu 4ilm


NA=kc (CASCA)

*. Trans)er Massa antar 4ase &ua 4ilm


NA=k$(%A$%A&)=k' (CA&CA' )

21


25/27


26/27


27/27

* m"l N (3

m"l larutan=

* m"l N(3

m"l (2

, =

(* m"l N(3)

(18 l- /l-m"l (2, )62,2l- / ft3

=C

*=

C

3,45

PJ @ 01

3+ p @ 01C

3,45

P @ +,*0

rossy oktasari - difusi turbulen dan perpindahan massa antar fase.docx

Documents