operasi teknik kimia 1

1. Dr. Ir.H. Muhammad Yerizam, M.T
Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Sriwijaya
OPERASI TEKNIK KIMIA I
Minggu ke : 4
Pertemuan ke : 4

2. LAMA PERKULIAHAN = 18 MINGGU
Minggu ke 1 : Pengantar Perpindahan Massa
Minggu ke 2-5 : Difusi
Minggu ke 6 : Perpindahan Massa Antar Fasa
Minggu ke 7-8 : Koefisien Perpindahan Massa
Minggu ke 9 : UTS
Minggu ke 10-12 : Absorpsi
Minggu ke 13-15 : Ekstraksi Cair-cair
Minggu ke 16-17 : Ekstraksi Padat-Cair (Leaching)
Minggu ke 18 : SEMESTER

3. MATERI
PERPINDAHAN MASSA DIFUSIONAL
DIFUSI
1. DIFUSI MOLEKULER DALAM
GAS
2. DIFUSI MOLEKULER DALAM
CAIRAN
3. DIFUSI MOLEKULER DALAM
LARUTAN BIOLOGI DAN GELS
4. DIFUSI MOLEKULER DALAM
PADATAN
MINGGU KE-2
MINGGU KE-3
MINGGU KE-5
MINGGU KE-4

4. DIFUSI MOLEKULER DALAM CAIRAN
• Pendahuluan
• Persamaan difusi cairan
• Koefisien difusi cairan
• Contoh soal
• Latihan/Tugas
TERDIRI
DARI :

5. PENDAHULUAN
Difusi zat terlarut (solute) di dalam larutan sangat penting
dalam banyak proses industri dan proses alami.
1.Proses Industri
1. Terjadi pada Ekstraksi
Cair-Cair
2. Terjadi pada Absorpsi
Gas
3. Terjadi pada Distilasi
1. Terjadi pada Oksigenasi
dari sungai dan Danau
oleh Udara
2. Terjadi Difusi dari garam-
garam dalam Darah
2.Proses Alami

6.  
  A1
B
A
A
A2
B
A
A
av
AB
B
A
A
A
x
-
N
N
/
N
x
-
N
N
/
N
ln
M
ρ
Z
D
N
N
N
N










...........(36)
...........(37)
A
A
x
C
c

Dengan mempertimbangkan rumus gas ideal, maka larutan ideal dapat ditulis
BM
ρ
V
n
R.T
Pt



C ...........(35)
Untuk larutan ideal:
Sehingga pers.(20) dapat ditulis sbb:
Dimana : ρ = Densitas larutan, kg/m3
BM=M = Berat molekul cairan, kg/kmol
x = Fraksi mol larutan
1,2 = pada titik awal dan titik akhir
PERSAMAAN DIFUSI DALAM CAIRAN

7. 1. DIFUSI A MELALUI B YANG DIAM
PADA STEADY STATE
NA = KONSTAN NB = 0
)
x
-
x
(
)
x
-
x
( A2
A1
A2
A1
BM
1
2
av
AB
av
BM
AB
A
).x
Z
-
(Z
D
M
ρ
Z.x
D
N
C
.







 ...........(38)
...........(39)
)
/x
(x
x
x
x
B1
B2
B1
B2
BM
ln


1



 B2
A2
B1
A1 x
x
x
x Untuk larutan encer xBM = 1,0 dan c = konstan
maka persamaan (38) menjadi
1
2
A2
A1
z
-
z
c
-
c )
(
AB
A
D
N  ...........(40)

8. 2. DIFUSI A MELALUI B YANG BERLAWANAN
PADA STEADY STATE
NA = - NB
1
2
A2
A1
1
2
A2
A1
z
-
z
x
-
x
z
-
z
c
-
c )
(
.
)
( av
AB
AB
A
c
D
D
N 
 ...........(40)
2

















2
2
1
1
av
av
M
ρ
M
ρ
M
ρ
c ...........(41)
Dimana : cav = Konsentrasi total rata-rata dari A+B, kgmol/m3
ρ = Densitas larutan, kg/m3
M = Berat molekul cairan, kg/kmol
x = Fraksi mol larutan
1,2 = pada titik awal dan titik akhir

9. Contoh : 3
100 kg Larutan Ethanol(A)-Air(B) dalam bentuk lapisan tipis dengan jarak 2 mm
pada 293 K berkontak dengan suatu pelarut organik. Dalam hal ini etanol larut,
sedangkan air tidak larut. Sehingga NB = 0. Kelarutan ethanol pada titik awal
16,8%wt dengan densitas larutan ρ1= 972,8 kg/m3. pada titik akhir konsentrasi
ethanol 6,8%wt dengan densitas larutan ρ2= 988,1 kg/m3 .. Difusivitas ethanol
sebesar 0,740x10-9 m3/s. Hitung fluks NA pada steady state!
Dik : MA=etanol = 46,07 kg/kmol MB=Air = 18,75 kg/kmol
Pt = 101,3 kN/m2 z = 0,002 m
T = 293 K DAB = 0,740x10-9 m3/s
ρ1= 972,8 kg/m3 ρ2= 988,1 kg/m3
Dit : NA ?
Penyelesaian
Rumus yang digunakan : Pers. (38)
)
x
-
x
(
)
x
-
x
( A2
A1
A2
A1
BM
1
2
av
AB
av
BM
AB
A
).x
Z
-
(Z
D
M
ρ
Z.x
D
N
C
.








Konsentrasi awal ethanol 16,8%wt, maka xA1 adalah:
0,0732
4,6171
0,3613
0,3613
83,2/18,02
16,8/46,05
16,8/46,05
xA1 





10. 0,9268
0,0732
x
-
1
x A1
B1 


 1
0,0277
5,17
0,1477
0,1477
93,2/18,02
6,8/46,05
6,8/46,05
xA2 




Konsentrasi akhir ethanol 6,8%wt, maka XA2 adalah
0,9723
0,0277
x
-
1
x A2
B2 


 1
Sehingga nilai XBM adalah:
0,949
0,9268)
ln(0,9723/
0,9268
0,9723
ln





)
/x
(x
x
x
x
B1
B2
B1
B2
BM
Menghitung M1 dan M2
20,07
4,6171)
(0,3613
kg
100
M
1 

 48,4704
20,07
972,8
M
1


1
ρ
18,75
5,17)
(0,1477
kg
100
M2 


52,6987
18,75
988,1
M2


2
ρ
Sehingga 
3
/
6
,
50
)
6987
,
52
474
,
48
(
2 m
kgmol




















2
2
1
1
av
av
M
ρ
M
ρ
M
ρ
c

11. )
x
-
x
(
)
x
-
x
( A2
A1
A2
A1
BM
1
2
av
AB
av
BM
AB
A
).x
Z
-
(Z
D
M
ρ
Z.x
D
N
C
.








Maka laju difusivitas ethanol (NA) dalam air adalah
949)
(0,022)(0,
0,0277)
0732
)(50,6)(0,
(0,740x10 -9


A
N
2
7
kgmol/s.m
8,99x10

A
N

12. KOEFISIEN DIFUSIVITAS CAIRAN (DAB)
Koefisien difusivitas cairan (DAB) dapat ditentukan dengan
beberapa rumus empiris yang telah dilakukan oleh peneliti. Untuk
cairan nonelektrolit yang encer dapat dipergunkan pendekatan
rumus yang dilakukan oleh Wilke and Chang.
0,6
A
0,5
B
-18
μ.
T
)
M
)(
(117,3x10



o
AB
D
Dimana : = = Konsentrasi total rata-rata dari A+B, kgmol/m3
MB = Berat molekul cairan, kg/kmol
T = Temperatur, K
= Volume molal solut pada titik didih normal, m3/kmol
= 0,0756 untuk air sebagai solut
= faktor asosiasi untuk solven
= 2,26 untuk air sebagai solven
= 1,9 untuk methanol sebagai solven
= 1,5 untuk ethanol sebagai solven
= 1,0 untuk solven yang tidakterasosiasi, misal Benzen dan ethyl ether
o
AB
D
A


A
 Dapat dicari menggunakan tabel 2.3 Treybal
...........(42)

14. Faktor asosiasi (ϕ) untuk solven hanya bisa diukur melalui
eksperimen. Jika (ϕ) tidak ditemukan, maka korelasi empiris dari
Scheibel dapat dipergunakan sebagai D. Ada juga beberapa
keraguan diatas terhadap persamaan (42) untuk menangani
solvent viskositas tinggi, semisal 0,1 kg/m.s (100 cP).
Difusivitas dalam larutan konsentrat berbeda dari yang larutan
encer dikarenakan adanya perubahan viskositas dengan
konsentrasi dan juga disebabkan perubahan derajat nonideal dari
larutan.










A
A
x
B
o
AB
x
A
o
BA
A
d
d
)
μ
(D
)
μ
(D
μ
D B
A
logx
log
1

Dimana : = Difusivitas A pada pengenceran yang tak terbatas dalam B
= Difusivitas B pada pengenceran yang tak terbatas dalam A
= Koefisien aktivity
o
AB
D
o
BA
D
A

...........(43)
Sedangkan,
A
A
t
A
A
A
A
p
x
P
y
p
x
p


_
A
 ...........(44)

15. Contoh : 4
Perkirakan difusivitas mannitol, CH2OH(CHOH)4CH20H, C6H14O6
dalam larutan encer air pada 20oC. Bandingkan dengan nilai
observasi 0,56x10-9 m2/s.
Penyelesaian
Dari tabel 2.3 Treybal C6H14O6, ϑA = 0,0148(6) + 0,0037(14) + 0,0074(6) = 0,185
Untuk air sebagai solven, maka ϕ = 2,26, MB = 18,02, T = 293 K.
Untuk larutan encer, viskositas μ bisa diambil sebagai air, 0,001005 kg/m.s
0,6
A
0,5
B
-18
μ.ω
T
)
M
)(
(117,3x10 

o
AB
D
0,6
0,5
-18
,185)
0,001005(0
(293)
02)]
)[2,26(18,
(117,3x10

o
AB
D
/s
m
D 2
o
AB
9
0,601x10


16. Contoh : 5
Perkirakan difusivitas mannitol, CH2OH(CHOH)4CH20H, C6H14O6
dalam larutan encer air pada 70oC. Bandingkan dengan nilai
observasi 1,56x10-9 m2/s.
Penyelesaian
Pada suhu 20oC nilai observasi DAB = 1,56x10-9 m2/s,
viskositas μ = 1,005x10-3 kg/m.s. Pada suhu 70oC viskositas
air adalah 0,4061x10-3 kg/m.s.
Maka persamaan (43) menunjukkan bahwa DAB.μ/T
menjadi konstan.
273
20
)
10
x
005
,
1
)(
10
x
56
,
1
(
273
70
)
10
x
4061
,
0
( 3
9
3






AB
D
C
70
pada
/s
m
D o
2
AB
9
1,62x10


18. KERJAKAN
SOAL DIBAWAH
INI

19. Perkirakan difusivitas cairan :
a. Ethanol dalam Larutan encer air
pada 10oC
b. Karbon tetraklorida di dalam
larutan encer methanol pada
15oC. (Nilai observasi DAB =
1,69x10-5 cm2/s)
SOAL NO.1

20. Hitung laju difusivitas NaCl pada
18oC melalui lapisan tipis air yang
stagnan 1 mm. Bila konsentrasi
nya masing-masing pada awal
20% dan akhir 10%.
SOAL NO.2

21. Difusivitas Bromoform dalam
larutan encer aceton pada 25oC ,
DAB = 2,90x10-5 cm2/s.
Perkirakanlah difusivitas asam
benzoat dalam larutan encer
aceton pada 23oC.
SOAL NO.3