Transfer massa antar fase dua film OTK 2 kelas IV C TEKNIK KIMIA FT UNS Sperisa distantina 1 (Review) Peristiwa transfer massa: 1. Difusi molekuler transfer massa di fase diam atau laminar. 2. Difusi turbulen transfer massa di fase turbulen = transfer massa satu film 3. Transfer massa antar fase transfer massa 2 film 2 Difusi molekuler Difusi Turbulen (satu film) Transfer massa antar fase dua film 3 Transfer massa antar fase 1. transfer massa dari badan utama fase I (gas) ke permukaan antar fase. NA = k g (PAG − PAi ) 2. di batas antar fase, tidak ada tahanan, sehingga terjadi keseimbangan. PAi = f (XAi ; keseimbangan) 3. transfer massa antar fase dari antar fase ke badan utama fase II (cairan): NA = k x (XAi − XAL ) 4 Perpindahan massa akan berlangsung selama ada perbedaan konsentrasi di lapisan film. Jika konsentrasi di batas fase sudah sama dengan konsentrasi di badan utama, maka keadaan jenuh atau keseimbangan telah tercapai. Dari uraian di atas, tampak bahwa hubungan keseimbangan menjadi sangat penting untuk diketahui. Hal ini dapat digunakan untuk menentukan profil konsentrasi di kedua fase. 5 Hubungan keseimbangan gas-cair (di interface): data kelarutan, hukum Henry. pA = H . XA pA = tekanan parsial A di fase gas. XA = fraksi mol A di fase cair. H = konstanta keseimbangan Henry. Bentuk persamaan keseimbangan ditentukan satuan H. Sering dijumpai di operasi alat-alat transfer massa yang berdasarkan perbedaan kelarutan (absorber, stripper). 6 Contoh data keseimbangan Welty Data keseimbangan disajikan dalam bentuk data atau kurva. 7 (Welty) Berdasarkan satuan H, maka pers. keseimbangan: pA = H . XA pA = tekanan parsial A (bar) XA= fraksi mol A = mol A mol air 8 pA = H . CA pA = tekanan parsial A (kPa) CA= konsentrasi A (mol A/m3) 9 Geankoplis Contoh: Henry O2 di air pada 20OC: H x 10-4 = 4,01 H= 2,01 x 104 atm Satuan H fraksi mol 104 atm fraksi mol H = 2,01 x pA = H .XA 10 Contoh aplikasi keseimbangan antar fase NH3 is selectively removed from an NH3 mixture by absorption into water. In this steady state process, NH3 (species A) is transferred by molecular diffusion through a stagnant gas layer 2 cm thick, and then through a stagnant water layer 1 cm thick as shown in the figure. The concentration of NH3 at the upper boundary of the gas layer is 3.42 mol%, and the concentration at the lower boundary of the water layer is essentially zero. The temperature of the system is 15oC and the total pressure on the system is 1 atm. The concentration of NH3 at the interface between the gas and the liquid phase is given by the following equilibrium data: PA = 0.7736 CA Determine the flux of NH3 across both the gas and liquid films. At 15oC, the diffusivity of NH3 in air is 0.215 cm2/s, and the diffusivity of ammonia in liquid water is 1.77x 10-5 cm2/s. Assume that the concentration of NH3 in the liquid water 11 is very small (dilute solution). Dicari: banyaknya A yang melewati lapisan gas dan cairan. Penyelesaian: Difusi A di fase gas: Difusi A melalui udara diam = NA1 BC: 1). Z=0 YA0 = 0,0342 𝐩𝐀𝐢 2). Z= -2 cm YAi = 𝐏 Batas fase: hubungan keseimbangan: pA = H. CA pAi = H . CAi Difusi A di fase cair: Difusi A melalui air diam= NA2 BC: 1). Z= -2 CAi = 𝐩𝐀𝐢 𝐇 2). Z = -3 CA=0 Neraca massa A di gas dan cairan: NA1 = NA2= NA 12 Hasil=? NA=? 13 Konsentrasi di antar fase sangat sulit diukur, maka perlu dicari bentuk persamaan lain. Dibayangkan: dua film diwakili oleh satu film khayal, dan film khayal itu dapat dianggap di fase I ataupun di fase II. 14 FILM GABUNGAN DI FASE CAIR Gas Cairan FILM GABUNGAN DI FASE GAS Gas Cairan PAG PAG xAL NA = ∗ K x (XA ∗ PA = H X A PA* xA* xAL − X AL ) NA = K g (PAG − PA∗ ) PA∗ = H XAL Hubungan kx, Kx, kg, Kg? 15 Hubungan kx, Kx, kg, Kg? Film gabungan di fase cair ∗ ∗ (X A − X A ) = (X A −XAi ) + (XAi − X AL ) = PAG ( H PAi − ) + (XAi H Tr. massa Individual di film gas −X AL ) Individual di film cairan Dibagi NA dan dimanipulasi menjadi: 1 KX = 1 H kg + 1 kX 16 Film gabungan di fase gas Film individual (PAG − PA∗ ) = (PAG − PAi ) + (PAi − PA∗ ) = (PAG − PAi ) + H(XAi − XAL ) Dibagi NA dan dimanipulasi menjadi: 1 Kg = 1 kg + H kX 17 18 19 1 KX 1 Kg = = 1 kX H kX + + 1 H kg 1 kg gaya pendorong kecepatan perpindahan tahanan ∗ NA = K x (XA − XAL ) Driving force=gaya pendorong 𝑁𝐴 = X∗A −XAL tahanan 1 Kx 20 Latihan 1 Chlorine water for pulp bleaching is being prepared by absorption of chlorine in water in a packed tower operating at 293 K and 1.013 x 105 Pa pressure. At one point in the tower the chlorine pressure in the gas is 5 x 104 Pa and the concentration in the liquid is 1 kg/m3. Data on the solubility of chlorine in water at 293 K are as follows: Cl2 pressure in Pa, x 10-4 0.674 1.21 2.63 4.93 4.96 9.77 Solubility in mol Cl2/m3, x 10-1 1.58 2.25 3.69 5.84 5.94 10.21 If 75% of the resistance to mass transfer lies in the liquid phase, what are the interfacial compositions? 21 algoritma 1. Data diketahui: skema dilengkapi data dan simbol variabel. 2. Data yang dicari? 3. Susun persamaan hubungan koefisien transfer massa gabungan dan individual. 4. Penyelesaian perhitungan data yang dicari. 22 Latihan 2 Kg= 2,74 10-9 kmol/m2/s/Pa. Diketahui: H=1,358 103 Pa/kmol/m3. Cairan Gas PAG CAL Di gas: mol A =nA=8 mol Di cairan: CA=0,064 kmol/m3 Kondisi operasi: 293 K; 1,013 105 Pa. PA* Tahanan di fase gas=85% dari tahanan total. NH3=A Dicari: kg dan kc, dan 23 komposisi di batas fase? Latihan 3 Welty, 2008 24 TUGAS ke-6 (in a group, @ 3 students) Welty, 2008 25 26 Welty, 2008 Welty, 2008 27
