(ms)perpindahan massa antar fasa
TRANSCRIPT
-
1PERPINDAHAN MASSAd
-
Difusi Molekular
Hukum Fick menggambarkan difusi molekular
A AA AB A AB
dC dCJ = -D A atau j = -D
dz dz
2
A A
A
A
AB
J : laju massa A ; j : flux massa A
dC : beda konsentrasi massa A pada jarak dz ;
dC: gradient konsentrasi massa A
dzD : difusivitas A dalam campuran AB
-
Hukum Fick
Berlaku untuk difusi molekular medium diam Bila medium bergerak Hukum Fick berlaku untuk
pengamat yang bergerak dengan laju dan arah yang sama dengan medium
Untuk pengamat diam Persamaan flux massa:
3
A A A A B A A A A BN = J + x (N +N ) atau n = j + x (n +n )
A B A B
A
A B
N , N : laju massa A , B ; n , n : flux massa A , B
x : fraksi massa A dalam campuran AB
Perlu diketahui hubungan N dan N
-
Hukum Fick dalam Besaran Molar
Dalam proses pemisahan perpindahan massa sering dinyatakan dalam besaran molar
JA , NA : laju molar j , n : flux molar
4
jA , nA : flux molar xA : fraksi mol DAB : sama untuk harga dan dimensinya
-
Perpindahan Massa antar Fasa: Distilasi
Kasus: 1 mol A berpindah ke kanan, pada saat yang sama 1 mol B berpindah ke kiri
Equimolal Counter A
AA
A A
AA
AA
A
A
AAB
B
BB
B
B
B B B
B
B
B
5
Equimolal Counter Diffusion (EMD)
Terjadi pada pendekatan analisis Proses Distilasi Biner
AAA
A A
AAA
A
A
B
B
B
B
B B B
B B
B B
B B
B
B
AB
-
EMD: Equimolar Counter Diffusion
dC
AA AB
dCJ = -D A
dz
A A A A B A AN = J + x (N +N ) N = JA BN = -N
6
AA AB A AB A
dCN = -D A N dz = -D A dC
dz
integrasi dengan batas:
z = z1 CA = CA1 z = z2 CA = CA2
-
EMD: Equimolar Counter Diffusion
A 2 1 AB A2 A1
ABA A2 A1
2 1
N z - z = -D A C - C
D AN = x - C - C
z - z
7
A C,EMD AN = k A - C
dalam bentuk persamaan praktis
EMD kC,EMD = DAB/Z
-
Perpindahan Massa antar Fasa: Absorpsi
Kasus: 1 mol A berpindah ke kanan, pada saat yang sama B tidak berpindah
Unequimolal Counter A
AA
A A
AA
AA
A
A
AAB
B
BB
B
B
B B B
B
B
B
8
Unequimolal Counter Diffusion (UMD)
Terjadi pada pendekatan analisis Proses Absorpsi Gas
AAA
A A
AAA
A
A
B
B
B
B
B B B
B B
B B
B B
B
B
A
-
UMD: Unequimolar Counter Diffusion
C D A dx
A AA AB T AB
dC dxJ = -D A = -C D A
dz dz
A A A A A AA
1N = J + x N N = J
(1-x )
BN = 0
9
T AB AA
A
AA T AB
A
C D A dxN = -
1 - x dz
dxN dz = - C D A
1 - x
Integrasi dengan batas z = z1 xA = xA1z = z2 xA = xA2
-
UMD: Unequimolar Counter Diffusion
A2A 2 1 T AB
A1
T AA2 A1
B
1 - x - 1 -
1 - xN z - z = C D A ln
1 - x
1 - x - 1 - x
= C D Ax
10
TA2 A1
A2
A1
AB 1 - x - 1 - x
1
-
= C D A
xln
1 - x
-
UMD: Unequimolar Counter Diffusion
A 2 1 T AB
T AB AB
B,l
A2 A1
A2 A1 A2 AA
2 1
1
2
m
B,l 1m B, ml
N z - z = - C D A
C D A D AN = =
z - z z
x - x
- x - x - C
x
x x - z
- C
11
2 1 2B,l 1
A C,UMD
m B, m
A
lz - z zx x
N = k
-
A -
z
C
dalam bentuk persamaan praktis:
UMD kC,UMD = (DAB)/(xB,lmz)
-
Persamaan Perpindahan antar Fasa
A C A N
Bentuk praktis:
= k A - C
12
ABC
ABC
B,lm
EMD (Equimolar Counter Diffusion Distilasi:
UMD (Unequimolar Counter Diffusio
Dk =
z
Dk =
n Absorpsi:
x z
-
Perpindahan Massa antar Fasa
Fasa Fasa
13
NA = kC A (-CA)
NA = kC A (-CA)
-
Koefisien Perpindahan Massa (individual): kx & ky
Fasa Fasa
NA = - kx A (xAi - xA)xA
14
NA = - ky A (yA - yAi)
xAiyAi
yA
-
Koefisien Perpindahan Massa (overall): Ky
Fasa Fasa
N = - K A (y y *)yA*
15
NA = - Ky A (yA yA*)yA
yA
-
Koefisien Perpindahan Massa (overall): Kx
Fasa Fasa
xA
16
NA = - Kx A (xA* - xA)xA*
-
Koefisien Perpindahan Massa Fasa Gas: kG
Fasa Fasa gas
pA
17
NA = - kG A (pA,i pA)
pA,i
-
Koefisien Perpindahan Massa Fasa Cair: kL
Fasa cair Fasa
18
NA = - kL A (xA,i xA)
xA,i
xA
-
Koefisien Perpindahan Massa
Harganya bergantung kepada:
proses difusinya EMD , UMD dll besaran konsentrasi sebagai gaya
penggeraknya fraksi-mol, tekanan
19
penggeraknya fraksi-mol, tekananparsial, konsentrasi molar dll
biasanya tercermin dari simbolnya perlu hati-hati dalam penggunaannya
-
Koefisien Perpindahan Massa
Secara umum harganya bergantung kepada:
sifat aliran tercermin dalam bilanganReynold [Re]
sifat fisik tercermin dalam bilangan
20
sifat fisik tercermin dalam bilanganSchmidt [Sc]
Koefisien perpindahan massa mengelompok dalam bilangan Sherwood [Sh].
-
Aplikasi dalam Proses Pemisahan
Difusi antar fasa:
Pendekatan kesetimbangan proses dianggapmencapai keadaan setimbang, penyimpangannyadigambarkan dalam besaran efisiensikesetimbangan (sederhana tanpa perlu besaran2
21
kesetimbangan (sederhana tanpa perlu besaran2perpindahan)
Pendekatan laju perpindahan yang menuju kearahsetimbang (lebih rumit karena harus mengetahuibesarnya harga koefisien perpindahan)