Pengantar Perpindahan Massa

Bahan baku

Produk

Proses:(perubahan

kandungan, energi, komposisi)

Bahan baku

ProdukReaktorDown-stream

processing

Up-stream processing

Pada proses hulu (up-stream processing) akan terjadi pemisahanbahan baku utama dari pengotornya agar memenuhi spesifikasibahan baku masuk ke reaktor.Pada proses hilir (down-stream processing) akan terjadipemisahan produk utama yang diinginkan dari campuran hasilagar memenuhi spesifikasi pasar.Pemisahan (separation) memainkan peranan penting dalamindustri kimia. Pemisahan dilakukan untuk mendapatkan suatukomponen tertentu dalam suatu bahan. Jika yang ingin dipisahkan adalah campuran, pemisahan

umumnya dilakukan secara mekanis (sedimentasi, filtrasi,klasifikasi, screening, dll)

Sedangkan jika pemisahan melibatkan perubahan komposisidari suatu larutan, maka proses tersebut melibatkan transfermassa.

Perpindahan Massa pada Proses Pemisahan

Mekanisme Transfer Massa

Transfer massa: transfer atau perpindahan molekul-molekul darisuatu media/zat ke media/zat lain yang disebabkan adanya gayapendorong (driving force) berupa beda konsentrasiDifusi molekuler: transfer massa yang disebabkan oleh gerakanmolekuler secara acak dan dominan pada fluida yang diam atau fluidayang bergerak laminerDifusi olakan: transfer massa yang dibantu dengan dinamika fluidaTransfer massa konvektif: transfer massa dari suatu permukaan kefluida yang bergerak.

Transfer massa

Difusi

Transfer massa antar fasa (transfer massa konvektif)

Difusi molekuler

Difusi olakan

Jenis-jenis operasi transfer massa

Gas-gas : secara umum, semua gas saling melarutkan satu sama lainsehingga operasi transfer massa yang melibatkan gas-gas secara praktistidak ada.Gas-cair :Jika seluruh komponen dalam sistem terdistribusi di kedua fasa, disebutsebagai fractional distillation (distilasi)

Kedua fasa bisa berupa larutan dengan masing-masing fasa mengandunghanya satu komponen (atau grup dari beberapa komponen) yangterdistribusi. Jika arah transfer dari gas ke cair, disebut absorpsi, jikasebaliknya disebut desorpsi atau stripping.

Jika fasa cair adalah suatu zat murni, sedangkan fasa gas terdiri dari duakomponen atau lebih, maka disebut sebagai humidifikasi ataudehumidifikasi tergantung dari arah transfer. Misalnya, kontak antaraudara kering dengan air akan menyebabkan sebagian kecil molekul airmengalami evaporasi dan terbawa oleh udara (humidifikasi)

Gas-padat

Jika suatu padatan, yang terdiri dari beberapa komponen, menyublimdimana fasa gas yang terbentuk dan padatan yang tersisa masing-masingteridi dari semua komponen semula tapi dengan proporsi yang berbeda,maka disebut fractional sublimation.

Jika suatu padatan yang mengandung suatu cairan volatil dikontakkandengan gas yang relatif kering, cairan akan mendifusi ke fasa gas. Prosesini dikenal sebagai drying (pengeringan) dan kadang disebut jugadesorpsi. Jika difusi terjadi berlawanan arah, dari gas ke padatan, makadisebut adsorpsi.

Jika campuran gas mendifusi ke suatu padatan dengan masing-masingkomponen gas memiliki kecepatan berbeda,maka disebut fractionaladsorpsion.

Cair-cair

Pemisahan yang melibatkan dua cairan tak saling melarutkandikenal sebagai proses ekstraksi cair-cair.

Jika setiap fasa cairan terdiri dari dua atau lebih komponen dandikontakkan satu sama lain sehingga setiap komponenterdistribusi dengan derajat yang berbeda,maka disebut sebagaifractional extraction.

Fractional extraction juga dapat ditujukan untuk proses yangmelibatkan terbentuknya dua fasa cairan dari larutan satu fasadengan pendinginan dimana setiap fasa cair yang terbentukmemiliki komposisi yang berbeda.

Cair-padat

Jika semua komponen terdistribusi di kedua fasa , maka disebutsebagai fractional crystallization.

Jika kedua fasa merupakan larutan atau campuran dengan hanyasatu komponen yang mendifusi dari padatan ke cairan, makadisebut sebagai leaching (kadang disebut juga solvent-extraction). Jika difusi terjadi ke arah sebaliknya, disebutadsorpsi.

Padat-padatKarena laju difusi padatan sangat lambat, maka transfer massayang melibatkan padat-padat praktis tidak ada.

Konsentrasi

1. Konsentrasi massa =

2. Konsentrasi molar =

Simbol umum untuk konsentrasi umumnya adalah Ci , dengan subscript imenunjukkan nama komponen.

Untuk gas ideal, konsentrasi suatu gas (misal gas A) dapat dinyatakan sebagaiberikut:

Konsentrasi gas kadang juga dapat dinyatakan dalam tekanan parsial saja.

campuran volum

A massa

campuran volum

A mol

RT

P

V

nC

RTnVP

AAA

AA

Fraksi

1. Fraksi massa =

2. Fraksi mol =

simbol umum untuk fraksi dalam fasa cair =secara umum dapat dinyatakan bahwa

simbol umum untuk fraksi dalam fasa gas =untuk gas ideal

campuran totalmassa

A massa

campuran totalmol

A mol

Ax

AyC

CAAx

P

PAAy

RasioUntuk suatu campuran biner yang terdiri dari A dan B

1. Rasio massa =

2. Rasio mol =

Kadang rasio disebut juga sebagai fraksi bebas solut.

fraksi bebas solut dalam fasa cair =

fraksi bebas solut dalam fasa gas =

B massa

A massa

B mol

A mol

A

AA

x-1

xX

A

AA

y-1

yY

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:

Hitunglah

a. Fraksi mol tiap komponen

b. Fraksi berat tiap komponen

c. Berat molekul rata-rata

Senyawa %

n-C4H10 50

n-C5H12 30

n-C6H14 20

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

2. Kecepatan rata-rata molar

n

i

ii

n

i

i

n

i

ii uu

u 1

1

1

C

UC

C

UC

U

n

i

ii

n

i

i

n

i

ii

1

1

1

QUIZ 2

1. Jelaskan perbedaan dari setiap istilah berikut ini dan berikancontohnya:

a. Adsorpsi dengan absorpsi

b. Humidifikasi dengan dehumidifikasi

c. Adsorpsi dengan desorpsi

2. Suatu campuran gas pada 1 atm, 28 oC terdiri dari gas CO, gas CO2,dan gas CH4 dengan komposisi berturut-turut sebesar 15, 35, dan 50%.Hitung:

a. Fraksi mol tiap gas

b. Konsentrasi molar gas CO

c. Tekanan parsial tiap gas