Pertemuan 1 Pengantar Perpindahan Massa [PDF]

Citation preview

Pengantar Perpindahan Massa



Pengantar Bahan baku



Bahan baku



Up-stream processing



Proses: (perubahan kandungan, energi, komposisi)



Reaktor



Produk



Downstream processing



Produk



Transfer Massa pada Proses Pemisahan Pada proses hulu (up-stream processing) akan terjadi pemisahan bahan baku utama dari pengotornya agar memenuhi spesifikasi bahan baku masuk ke reaktor. Pada proses hilir (down-stream processing) akan terjadi pemisahan produk utama yang diinginkan dari campuran hasil agar memenuhi spesifikasi pasar. Pemisahan (separation) memainkan peranan penting dalam industri kimia. Proses yang terjadi selama pemisahan dapat berupa perpindahan massa dan perpindahan panas yang berlangsung secara simultan, contoh: distilasi, absorbsi, adsorpsi, stripping, ekstraksi, humidifikasi, pengeringan,pemisahan dengan membran, dll.



Transfer Massa pada Reaksi Kimia Proses perpindahan massa juga berperan pada proses reaksi yang melibatkan lebih dari satu fasa (reaksi heterogen), misal: reaksi gas -cair, reaksi cair-cair yang immiscible, reaksi padat-gas, reaksi padat-cair, maupun reaksi katalistik heterogen. Contoh : Reaksi yang terjadi antara gas A dengan cairan B yang terjadi pada reaktor gelembung, mekanisme reaksi terjadi sebagai berikut: Gas A ditransfer dari fasa gas ke badan cairan (transfer massa) Gas A yang terlarut bereaksi dengan B di cairan (reaksi kimia) Jika reaksi sangat cepat dibanding transfer massa : mass transfer controlling Jika reaksi lebih lambat dibandingkan transfer massa: reaction controlling



Kapan perpindahan atau transfer massa terjadi? Perpindahan massa terjadi ketika suatu komponen pada



suatu fasa mengalami perpindahan ke fasa yang sama dan atau ke fasa yang lain.



Perpindahan tersebut terjadi ketika ada perbedaan konsentrasi atau perbedaan fugasitas. Proses perpindahan massa akan berhenti ketika keadaan keseimbangan (equilibrium) tercapai.



Mekanisme Transfer Massa Difusi Transfer massa



Difusi molekuler Difusi olakan



Transfer massa antar fasa (konveksi) Transfer massa: gerakan molekul-molekul dari elemen suatu zat yang disebabkan adanya gaya pendorong (driving force) berupa beda konsentrasi Difusi molekuler: transfer massa yang disebabkan oleh gerakan molekuler secara acak dan dominan pada fluida yang diam atau fluida yang bergerak laminer Difusi olakan: transfer massa yang dibantu dengan dinamika fluida Transfer massa antar fasa: transfer massa dari suatu permukaan ke fluida yang bergerak.



Classification of The Mass Transfer Operation Direct contact of two immiscible phases Phases separated by a membrane Direct contact of miscible phases Use of surface phenomena



Choice of Separation Method Mass-transfer operation vs. Mechanical separation Mass-transfer operation vs. Chemical reaction



Method of Conducting The Mass Transfer Operations Solute recovery and fractination Unsteady-state Operation Steady-state Operation Stagewise Operation Continuous-contact Operation Treybal, 1981



Konsentrasi mas s aA 1. Konsentrasi massa = volumcampuran 2. Konsentrasi molar =



mol A volumcampuran



Simbol umum untuk konsentrasi umumnya adalah Ci , dengan subscript i menunjukkan nama komponen. Untuk gas ideal, konsentrasi suatu gas (misal gas A) dapat dinyatakan sebagai berikut:



PAV  n A RT



n A PA CA   V RT



Fraksi massa A 1. Fraksi massa = massa total campuran mol A 2. Fraksi mol = mol total campuran simbol umum untuk fraksi dalam fasa cair = x A secara umum dapat dinyatakan bahwa



CA xA  C simbol umum untuk fraksi dalam fasa gas = untuk gas ideal



PA yA  P



yA



Rasio Untuk suatu campuran biner yang terdiri dari A dan B



mas s aA 1. Rasio massa = mas s aB



mol A 2. Rasio mol = molB Kadang rasio disebut juga sebagai fraksi bebas solut.



xA fraksi bebas solut dalam fasa cair = X  A 1 - xA yA fraksi bebas solut dalam fasa gas =YA  1- yA



Ketentuan:



 Komposisi gas akan selalu dianggap diberikan dalam mol, kecuali jika disebut khusus.  Komposisi untuk zat cair dan padat akan selalu diasumsikan dalam berat, kecuali jika disebut khusus.  Jika sangat encer, konsentrasi dapat pula dinyatakan dalam bagian per satu juta/parts per million (ppm) atau bagian per satu milyar/parts per billion (ppb)



Soal Latihan:



1. Suatu campuran gas memiliki komposisi sebagai berikut: Senyawa



%



n-C4H10 n-C5H12 n-C6H14



50 30 20



Hitunglah a. Fraksi mol tiap komponen



b. Fraksi berat tiap komponen c. Berat molekul rata-rata



2. Asam sulfat komersial terdiri dari 98% H2SO4 dan 2% H2O.



Hitunglah: a. Fraksi mol H2SO4 dan H2O



b. Rasio mol H2SO4 dan H2O 3. Untuk membuat larutan asam sulfat dengan konsentrasi 150 ppm, berapa volume asam sulfat pekat (98%) yang harus ditambahkan dalam 10 liter air? Diketahui densitas asam sulfat = 1,834 gram/cc



Kecepatan 1. Kecepatan rata-rata massa n



u



n



 u  u i 1 n



i i



 i 1







i 1



i i







i



2. Kecepatan rata-rata molar n



U



C U i 1 n



i



C i 1



i



n



i







C U i



i 1



C



i