Materi 2, Pertemuan 2.Ppt

Dr. Ir.H. Muhammad Yerizam, M.T Dr. Ir.H. Muhammad Yerizam, M.T

Jurusan Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Politeknik Negeri Sriwijaya

PERPI

PERPINDAHAN

NDAHAN MASSA

MASSA DIFUSIONA

DIFUSIONALL

M

Miingnggguu kkee : 2: 2 Pe

Mi

Mingnggugu kkee 1 1 : : PPenengganantatarr PPererpipindndahahanan MaMassssaa Mi

Mingnggugu kkee 2-2-3 3 : : DiDifufusisi M

Miinngggguu kkee 44 : : PPeerrppiinnddaahhaann MMaassssa a AAnnttaarr FFaassaa Mi

Mingnggugu kkee 5 5 : : KKoeoefifisisienen PPererpipindndahahanan MaMassssaa Mi

Mingnggugu kkee 6-6-7 7 : : AbAbsosorprpsisi M

Miinngggguu kkee 8 8 : : UUTTSS Mi

Mingnggugu kkee 9-9-12 12 : Ek: Eksstrtrakaksisi CaCairir-c-caiairr Mi

Minggngguu kkee 1313-1-15 5 : : EkEkststrrakaksisi PPadadatat-C-Caiairr (L(Leaeachchining)g) Mi

Mingnggugu kkee 16 16 : : SESEMEMESSTETERR

LAM

Mi

Mingnggugu kkee 1 1 : : PPenengganantatarr PPererpipindndahahanan MaMassssaa Mi

Mingnggugu kkee 2-2-3 3 : : DiDifufusisi M

Miinngggguu kkee 44 : : PPeerrppiinnddaahhaann MMaassssa a AAnnttaarr FFaassaa Mi

Mingnggugu kkee 5 5 : : KKoeoefifisisienen PPererpipindndahahanan MaMassssaa Mi

Mingnggugu kkee 6-6-7 7 : : AbAbsosorprpsisi M

Miinngggguu kkee 8 8 : : UUTTSS Mi

Mingnggugu kkee 9-9-12 12 : Ek: Eksstrtrakaksisi CaCairir-c-caiairr Mi

Minggngguu kkee 1313-1-15 5 : : EkEkststrrakaksisi PPadadatat-C-Caiairr (L(Leaeachchining)g) Mi

Mingnggugu kkee 16 16 : : SESEMEMESSTETERR

LAM

MATERI

MATERI

PERPINDAHAN MASSA DIFUSIONAL PERPINDAHAN MASSA DIFUSIONAL

DIFUSI DIFUSI

1

1.. DDIIFFUUSSII MMOOLLEEKKUULLEERR DDAALLAAMM GAS

GAS 2

2.. DDIIFFUUSSII MMOOLLEEKKUULLEERR DDAALLAAMM CAIRAN

CAIRAN 3

3.. DDIIFFUUSSII MMOOLLEEKKUULLEERR DDAALLAAMM LA

LARURUTTAANN BIBIOLOLOGOGII DDANAN GEGELSLS 4

4.. DDIIFFUUSSII MMOOLLEEKKUULLEERR DDAALLAAMM PADATAN PADATAN MINGGU KE-2 MINGGU KE-2 MINGGU KE-3 MINGGU KE-3

PENGERTIAN

Difusi adalah peristiwa mengalirnya/

berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari

bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian

yang berkonsentrasi rendah.

*pemberian gula pada cairan teh tawar*

uap air dari cerek yang berdifusi dalam

DIFUSI MOLEKULER

Difusi molekuler merupakan perpindahan massa yang disebabkan gerakan molekuler secara acak dalam fluida diam atau dalam fluida yang mengalir secara laminer.

Perpindahan massa molekuler juga disebut perpindahan massa molekul dalam satu fase. Gerak molekul ini disebabkan karena adanya gradien atau perbedaan konsentrasi. Difusi molekuler dapat terjadi di fluida (gas atau caiaran) dan di dalam padatan.

Difusi molekuler di dalam padatan lebih lambat daripada di dalam fluida, hal ini karena tidak ada gerak padatan dalam padatan.

PERSAMAAN DIFUSI MOLEKULER

resistance force driving transfer a of  rate  ...(1)

Difusi molekuler untuk momentum, panas and massa

dz

d

_Γ

δ

ψ

z   ...(2)

Difusi molekuler untuk Perpindahan

Momentum dengan densitas konstan

mengikuti Persamaan NEWTON

z  ρ)  (   ρ  μ  _X   zx            ...(3)

MOMENTUM TRANSFER/s.m2 _{Viskositas kenimatik. m}2 /s

momentum. m3

Jarak difusi. m

DIFUSI MOLEKULER PADA PERPINDAHAN

MOMENTUM, PANAS DAN MASSA

Difusi molekuler untuk perpindahan

 panas konveksi dengan densitas (ρ) dan kapasitas panas (Cp) konstan mengikuti Hukum Fourier z T) c ( A q_x p     _     _...(4) Fluks panas, W/m2 Difusitas termal. m2 /s J/m3

DIFUSI MOLEKULER PADA PERPINDAHAN

MOMENTUM, PANAS DAN MASSA

Difusi molekuler untuk perpindahan

massa dengan total konsentrasi

konstan mengikuti Hukum Fick”s

z   C   A *        AB  Az  D  J  ...(5)

Fluks molar komponen A

arah z, kgmol A/s.m2 _{Difusivitas molekul}

dari A ke B. m2 /s

Konsentrasi A ,kgmol/m3

Jarak difusi. m

DIFUSI MOLEKULER PADA PERPINDAHAN

MOMENTUM, PANAS DAN MASSA

Difusi turbulent untuk Perpindahan

Momentum dengan densitas konstan

mengikuti Persamaan NEWTON

z  ρ)  (   ρ  μ  _X   zx   _                       t  ...(6) MOMENTUM TRANSFER/s.m2 DIFUSI EDDY MOMENTUM. m2 /s momentum. m3 Jarak difusi. m

DIFUSI TURBULENT PADA PERPINDAHAN

MOMENTUM, PANAS DAN MASSA

Difusi turbulent untuk perpindahan

 panas konveksi dengan densitas (ρ) dan kapasitas panas (Cp) konstan mengikuti Hukum Fourier





z T) c ( A q_x p      _{  }     t  ...(7) FLUKS PANAS, W/m2 _DIFUSIVITAS TERMAL. m2 /s J/m3

DIFUSI TURBULENT PADA PERPINDAHAN

MOMENTUM, PANAS DAN MASSA

DIFUSI EDDY TERMAL. m2

Difusi turbulent untuk perpindahan

massa dengan total konsentrasi

konstan mengikuti Hukum Fick”s

  z   C   A *         M   AB  Az  D  J  _  ...(8) Fluks molar komponen A

arah z, kgmol A/s.m2

Difusivitas molekul dari A ke B. m2 /s Konsentrasi A ,kgmol/m3 Jarak difusi. m

DIFUSI TURBULENT PADA PERPINDAHAN

MOMENTUM, PANAS DAN MASSA

DIFUSI EDDY MASS, m2

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER

ΔZ ΔC D Z C D fluks Area.time # AB A AB AZ A          # C C ΔC # Z Z ΔZ 1 2 1 2         # # # -D_AB     ...(9)

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER

z x D z C D N A AB A AB AZ A           C .

Laju difusi komponen A menuju B = N_A

Laju difusi komponen B menuju A = N_B

z x D z C D N B BA B BA BZ B           C .

Pada keadaan Steady State :

Laju difusi komponen = N = N  _A + N _B

...(10)

...(11)

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER

I II I II kg kmol _kg kmol Awal : Akhir : H₂O H₂O C₂H₅OH C₂H₅OH AIR Ethanol 100 100 Total Total 44.08 44.08 55.92 55.92 88.16 5.55 2.45 0.96 3.41 2.17 3.10 111.84 1.21 4.31

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER

I II AIR Ethanol Difusi  J _A : A B  J _A ...(13) A A A N.x   J   N   _{ }





Z   C   D   -  C   C   N   N   N   A AB   A B   A A     ...(14)  J _B Difusi  J _B : ...(15) B  B  B  N.x   J  N   





Z   C   D   -  C   C   N  N  N  B  BA B  B  A B  _    ...(16)

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER





Z   C   D   -  C   C   N   N   N  _{A A B}   A _AB   A    





Z   C   D   -  C   C   N   N   N   B   BA B   B   A B      









Z   C   D   Z   C   D   -  C   C   N  N  C   C   N  N  N  N  B  BA A AB  B  B  A A B  A B  A           C   C   C  _{A  B   } DIMANA : SEHINGGA : Z   C   D   Z   C   D  _AB  A _BA B       ...(17) ...(14) ...(16) +

DIFUSI MOLEKULERSTEADY STATE DALAM FLUIDA UNTUK ALIRAN LAMINER





Z   C   D   -  C   C   N   N   N  _{A A B}  A _AB  A     _...(14)





A A B  A A AB  - N   C   C   N   N   Z   C   D       X

C 



N  N 



.C  - N  .C  Z  C  C.D  A _{A B  A A} AB     





C.D  Z   1  .C  N  -  .C  N  N  C  AB  A A B  A A _{ }  



















2  1  A2  A1  Z   Z   AB  C  C  A A A B  A _Z   C.D  1  N  N  C  -  .C  N  C  . ...(18)

DIFUSI MOLEKULER STEADY STATE DALAM FLUIDDA UNTUK ALIRAN LAMAINER









     2  1  A2  A1  Z   Z   AB  C   C   A A A B  A _Z   C.D   1  N  N  C   -  .C   N  C   .







A B 



AB  A1  A B  A A2  A B  A C.D   Z   N  N  C   -  .C   N  N  N  C   -  .C   N  N  N  _    . . ln 1    N  N   -  C  /C   /   N   /C  C  -  N  N   /   N  ln  Z   .C  D  N  N  N  N  A1  B  A A A2  B  A A AB  B  A A A     TUGAS 1A

KERJAKAN

KERJAKAN

TUGAS 1B ...(18) ...(19) ...(20)

DIFUSI MOLEKULER DALAM GAS (1)

•

Aplikasi gas ideal

•

Difusi melalui media diam

•

Difusi A danB Berlawanan arah

•

Contoh soal

•

Latihan Soal

TERDIRI DARI :

APLIKASI GAS IDEAL

Persamaan Gas Ideal : P.V = n.R.T

Hukum Roult’s : _A t   A A  _y   P    p  C   C     Dimana :

 p _A= tekanan parsil komponen A

Pt = tekanan total

y  _A= konsentrasi fraksi mol

R.T   P   V    n  t     C  ...(21)

Sehingga persamaan (20) menjadi :







_{A B} 



_{t  A1}  A A2  t  B  A A t  AB  B  A A A p  -  P  N  N   /   N  p  -  P  N  N   /   N  R.T.Z   .P  D  N  N  N  N  ] [ ] [ ln     ...(22)

Atau dalam bentuk mol fraksi persamaan (20) menjadi :







_{A B} 



_A1  A A2  B  A A t  AB  B  A A A  y  -  N  N   /   N   y  -  N  N   /   N  R.T.Z   .P   D   N  N  N  N      ln ...(23) Contoh :

Metan direngkah pada sebuah katalis dengan reaksi,

CH₄ C + 2 H₂

Pada kondisi tersebut Metan (A) berdifusi ke permukaan perengkahan dan H₂(B) berdifusi balik, reaksi stoichiometri mengikuti N _B = - 2 N   _A Jawab : B  A A N   N   N     A komponen difusi laju 1 2      _A A A A A N  N  N  N  N 

DIFUSI MELALUI MEDIA DIAM

Peristiwa yang mengikuti keadaan ini adalah :

1. Penguapan komponen volatil di dalam botol terbuka, panjang lintasan difusi adalah jarak dari permukaan cairan sampaitutup botol. Komponen volatil akan

mendifusi ke udara, tetapi udara tidak mendifusi ke A 2. Komponen volatil tumpah ke lantai, kemudian

mendifusi ke udara, tetapi udara tidak mendifusi ke komponen volatil.

3. Penguapan komponen volatil dalam tangki.

Contoh :

Amoniak (A) diserap dari udara (B) kedalam air. Dalam fasa gas sehingga udara tidak larut dlam air, dan juga penguapan air di abaikan. Oleh karena itu hanya amoniak yang berdifusi. Sehingga

N _B = 0 ; N  _A = Konstan Jawab : 1   _B  A A N   N   N  

Pada kondisi ini persamaan (22) dapat dipergunakan

A1  t  A2  t  t  AB  A  p  -  P    p  -  P   R.T.Z   .P   D  N   ln B1  A1  t  B2  A2  t  -  p   p   ; P  -  p   p  P  mana  bila    A2  A1  B1  B2   p   p  p   p     ...(23)

B1  B2  B1  B2  A2  A1  t  AB  A

 p 

 p 

 p 

- 

 p 

 p 

- 

 p 

R.T.Z 

.P 

D 

N 

 ln M  B, B1  B2  B1  B2 

 _p 

 p 

(p 

 p 

- 

 p 



)

/

ln ...(24) ...(25) Kemudian Misal juga : Kemudian

)

(

_{A1  A2}  M  B, t  AB  A

 p 

- 

p 

R.T.Z.p 

.P 

D 

N 

 ...(26)

DIFUSI A DAN B BERLAWANAN ARAH

N 

 _A

= -

N 

_B

= Konstan

Contoh peristiwa yang mengikuti keadaan ini adalah: a. Reaksi A B di permukaan katalis padat

Badan utama fluida

 A dari badan uama fluida mendifusi dengan kecepatan N_A di permukaan katalis

 Di permukaan katalis terjadi reaksi A B.

 B yang terbentuk mendifusi ke badan utama fluida dengan kecepatan N_B. Besar N_B = N_A tetapi berlawnan arah, sehingga N_A = -N_B. B A Katalis N_A N_B

Pada kondisi ini persamaan (22) Juga dapat dipergunakan





dz  dp  R.T   D  P    p  N  N  N  AB  A t  A B  A A   

Atau, Untuk hal ini

dz  dp  R.T   D  N  AB  A A  





  2 1 2 1  A  A  p  p  z   z  A A AB  _dp  R.T.N  D  dz 



_{A1  A2} 



AB  A  p  p  R.T.z  D  N    ...(27) ...(28) ...(29)

1. Difusi Molekuler dalam GAS

Hitung laju difusi He ke N

₂

?

Contoh Soal :

D_AB = 0,687 x 10-4 _m2_/det He N₂

Z = 0,2 m

P

_A1

=

0,6

atm

P

_A2

= 0,2 atm

Penyelesaian :

Dik : P_A1 = 0,60 atm P_A2 = 0,20 atm D_AB= 0,678 x 10-4 m2_/det z = 0,2 m Dit : N_AB ? Jawab : PV = nRT  C   RT   P  V  n   V  n  RT   P  C  V  n  RT   P  C   A  A  A  A     2 2 1 1

lanjutan

_

2 _{ }

_

1 2 1 *  Z   Z   A CA CA  AB  A dZ   D d C   J  ) ( . ) ( 1 2 2 1 *  Z   Z  T   R  P   P   D  J   AB  A A  A    m  K   K  kgmol  atm m  x atm m  x  J  _A ) 0 20 , 0 .( ) 25 273 )( . . 10 06 , 82 ( ) 20 , 0 06 , 0 ( det 10 687 , 0 ( 3 3 2 4 *       2 6 * . det 10 63 , 5 m  A kgmol   x  J  _A   1 2 2 1 * ( )  Z   Z  C  C   D  J   AB  A A  A   

Difusi Molekuler gas berlawanan arah

A1   p  A1   p  A2   p  A2   p  *  A  J  *  B  J   p  atau   ,  p   ,  p _{A B}  B1   p  B2   p   p  z   P    p _B1  P    p _B2  1 2

Contoh Soal :

•

Gas Amonia (A) berdifusi kedalam gas N

₂

(B) didalam tabung sepanjang 0,10 m pada

tekanan 1,0132 x 10

5

Pa dan suhu 298 K.

Pada keadaaan 1 P

_A1

= 1,013 x 10

4

Pa dan

pada keadaan 2 = 0,507 x 10

4

Pa. Difusivitas

D

_AB

= 0,230 x 10

-4

m

2

/det.

a. Hitunglah fluks J*

_A

pada keadaan Steady

Jawab :

2  *  A det.m  A kgmol   J     4,70 m  K   kgmol.K   .Pa  m  Pa  det  m   )  Z   R.T(Z    )  P   (P   D   J  ₃  2  1  2  A2  A1  AB  *  A 0) (0.10 25) )(273 (8314 ) 0,507x10 )(1,013x10 (0,23x10 a) 4 4 4         2  *  A det.m  A kgmol   J    4,70 m  K   kgmol.K   .Pa  m  Pa  det  m   )  Z   R.T(Z    )  P   (P   D   J  Pa  P   P   P   Pa  P   P   P   3  2  1  2  B2  B1  AB  *  A A2  t  B2  A1  t  B1  0) (0.10 25) )(273 (8314 ) 9,625x10 )(9,119x10 (0,23x10 9,625x10 0,507x10 1,0132x10 9,119x10 1,013x10 1,0132x10 : adalah 2 dan 1 titik  di tekanan maka B, komponen Untuk  b) 4 4 4 4 4 5 4 4 5                  

Difusi gas A ke gas B yang tidak berdifusi

•

Perhatikan gambar dibawah ini :

2 1 Gas Cairan P_A1 P_A2 Z_f  Z = Z₂- Z₁ N_A A A A AB  A

N 

P 

 p 

dz 

dp 

R.T 

D 

N 

  

dz  dp  R.T   D   P    p  N  A AB  A A              1



2   



_ 1  A2  A1  Z   Z    p  P   A A AB  A  /P    p  1  dp  R.T   D   dz  N  A1  A2  1  2  AB  A  p  P    p  P   ln   )  Z   R.T(Z   .P   D   N      )] A1  A2  A2  A1  B1  B2  B1  B2  BM   p   )/(P    p  ln[(P    p   p   )   /p  ln(p   p  -   p   p        )   p  -  (p   )p  Z  R.T(Z  .P  D  N  _{A1  A2}  BM  1  2  AB  A  

Contoh Soal :

Air (A) dalam tabung pada suhu 298 K

berdifusi kedalam udara sepanjang 0,1524

m. dimana udara berada pada kondisi 1 atm,

298 K. Difusivitas D

_AB

= 0,250 x 10

-4

m

2

/det.

Asumsi sistem isotermal.

Penyelesaian : Diketahui : D_AB = 0,250 x 10-4 m2/det P = 1 atm = 1,01325 x 105 _Pa T = 298 K Z = z₂ - z₁ = 0,1524 m R = 8314 m3_.pa/kgmol.K Dit anya : N_A ? Jawab :

Rumus yang digunakan

)

(

)

(

.

2 1 1 2  A  A  BM   AB  A  P  P   P   z   z   RT   P   D  N  _  

Dari Tabel A2.2 APPENDIX A.2 (Geankoplis, 1979)

Tekanan Uap air pada 25

o

C = 23,76 mmHg

= 23,76/760 = 0,031263 atm

P

_A1

= 0,031263 (1,01325 x 10

5

) = 3,1677 x 10

3

Pa

P

_A2

= 0

atm  P   P   P  atm  P   P   P   A  B  A  B 0 , 1 0 00 , 1 968737 , 0 031263 , 0 00 , 1 2 2 1 1            Pa  x atm  Ln  P   BM  3 10 001 , 1 988 , 0 ) 968737 , 0 0 , 1 ( 968737 , 0 0 , 1     ) ( . 1 2 1 2  B  B  B  B  BM   P   P   Ln  P   P   P   

)

(

)

(

.

2 1 1 2  A  A  BM   AB  A  P  P   P   z   z   RT   P   D  N  _  

)

10

001

,

1

)(

1524

,

0

)(

293

(

8314

)

0

10

341

,

2

)(

10

01325

,

1

)(

10

250

,

0

(

3 3 5 4  x  x  x  x  N   A     s m kmol   x  N   A 2 7

/

10

595

,

1

 

SOAL LATIHAN

:

1. Campuran Gas CH₄ dan He didalam suatu pipa pada kondisi 101,32 kPa dan 298K. Tekanan methane pada kondisi awal 60,79 kPa kemudian berdifusi sepanjang 0,02 m tekanan nya menjadi 20,26 kPa. Difusitas terjadi sebesar 0,675x10-4 _m2_{/det Tekanan total dalam pipa dianggap tetap pada kondisi}

atmosfeer. Hitung Fluks gas methane pada kondisi Steady untuk aliran berlawanan arah?

2. Gas CO2 berdifusi pada keadaan steady dalam pipa sepanjang 0,20 m dengan diameter 0,01 m kedalam gas N₂ pada 298K, 101,32 kPa. Tekanan Parsil gas CO₂ pada masing-masing kondisi yaitui 456 mmHg dan 76 mmHg. Difusivitas nya sebesar 1,67x10-5 _m2_{.det pada 298K. Hitung Fluks CO}

2 dalam sisitem CGS dan

Sistem SI untuk aliran berlawanan arah ?

3. Gas Helium dan gas Nitrogen berada pada pipa dengan panjang 0,1 m dan

diameter 5 mm pada kondisi 298K, 1,0 atm abs. Tekanan parsil He pada masing-masing kondisi awal dan akhir didalam pipa adalah 0,060 atm dan 0,020 atm. Difusitas gas Helium ke Nitrogen adalah 0,687x10-4 _m2_{/det. Aliran berlawanan}

arah. Hitunglah :

a. Fluks He dalam kgmol/det.m2 _{dan gmol/det.cm}2

b. Fluks gas N₂

DIFUSI MOLEKULER DALAM GAS (2)

•

Difusi

Steady

State

pada

campuran multikomponen

•

Difusifitas Gas

•

Contoh soal

•

Kuis

TERDIRI DARI :

DIFUSIVITAS STEDY STATE PADA

CAMPURAN MULTIKOMPONEN

Difusi untuk campuran multikomponen menjadi lebih kompleks, akan tetapi dapat diatasi dengan menggunakan difusivitas efektif yang disintesa dari difusivitas biner pada masing-masing unsur dalam campuran. Sehingga pers (22) dapat dipertimbangkan penggunaannya.







_{A B} 



_{t  A1}  A A2  t  B  A A t  AB  B  A A A p  -  P  N  N   /   N  p  -  P  N  N   /   N  R.T.Z   .P  D  N  N  N  N  ] [ ] [ ln     ...(22)



   n  A i   i   B  A N  N  N  A,m  AB  D   D    ) ( _{A i}  n  A i  A,1  A A,m  N  N  D   1  N  D    A i n  A i i  A  y  y  N   y











  _...(30)

Bilamana N_A adalah nol dan satu komponen yang stagnant, maka.





     n  A i  A,1  '  i  n  A i  A,1  i  A A,m  D    y  1  D    y   y  1  D   ...(31)

Contoh : 1

Oksigen (A) yang berdifusi ke Carbon monoksida

(B)

pada

keadaan

steadi,

sedang

Carbon

monoksida tidak berdifusi. Tekanan total adalah

1x10

5

N/m

2

dan suhu 0

o

C. Tekanan parsil oksigen

yang berjarak 2,0 mm masing-masing 13 000 dan

6500 N/m

2

. Difusifitas campuran adalah 1,87x10

-5

m

2

/s. Hitung laju difusi oksigen dalam kmol/s

aetiap meterpersegi dari jarak tersebut?

Penyelesaian Dik : D_AB = 1,87x10-5 _m2_{/s Pt = 10}5 _N/m2 z = 0,002 m R = 8314 N.m/kmol.K T = 273 K p_A,1 = 13x103 _N/m2 p_A,2 = 13x103 _N/m2 Dit : N_A ? Jawab :

Persamaan yang digunakan adalah

 )   p  (p   )P   z  RT(z  .P   D   N  _{A1  A2}  BM  1  2  t  AB  A    p_B1 = P_t - p_A,1 = 105 _N/m2 _{- 13x10}3 _N/m2_{= 87x10}3 _N/m2 p_B2 = P_t - p_A,2 = 105 _N/m2 _{- 6500 N/m}2_{= 93,5x10}3 _N/m2 2 3 B1 B2 B1 B2 BM 90200N/m ) ln(87/93,5 ) 93,5)(10 (87 )  /P ln(P .P P P      ) 2x10 0,002)(90, 8314(273)( ) 6,5)(10 -)(13 )(10 (1,87x10 N ₃ 3 5 -5 A  .s kmol/m 2,97x10 N_A 5 2 

Contoh : 2

Hitung kembali laju difusi oksigen (A) yang

berdifusi ke campuran Metana (B) dan Hydrogen

(C) dengan rasio volume 2 : 1 pada keadaan

steadi, sedang campuran gas tersebut tidak

berdifusi. Difusivitas diperkirakan:

D

_O2-H2

= 6,99x10

-5

_m

2

_{/ s ; D}

O2-CH4

= 1,86x10

-5

m

2

/s.

Dik : D_O2-H2 = 6,99x10-5 _m2_{/s D} O2-CH4 = 1,86x10-5 m2/s Pt = 105 _N/m2 _{z = 0,002 m} R = 8314 N.m/kmol.K T = 273 K p_A,1 = 13x103 _N/m2 _p A,2 = 13x103 N/m2 p_B,m = 90,2x103 _N/m2 Dit : N_A ? Penyelesaian

5 -5 -6,99x10 0,333 1,86x10 0,667 1     AC  '  C  AB  '  B  A,m  D    y  D    y  1  D  

Rasio volume campuran adalah 2 : 1, maka untuk masing-masing fraksi gas adalah:

0,333 0,667 1 y 0,667 1) 2/(2 y_B'    dan '_C    .  /s  m  D  _A,m   2,46x10-5 2  ) p (p )P z RT(z .P D N _{A1 A2} BM 1 2 t m A, A   

Sehingga laju difusi gas Oksigen di dalam campuran gas adalah :

) 2x10 0,002)(90, 8314(273)( ) 6,5)(10 -)(13 )(10 (2,46x10 N ₃ 3 5 -5 A  .s kmol/m 3,91x10 N_A 5 2 

DIFUSIVITAS GAS (D

_AB

)

Difusi gas atau koefisien difusi dari gas yang tergantung dengan suhu, tekanan dan komponen-komponen alami. Teori kinetik yang memprediksi bahwa di dalam campuran biner ada pengaruh sedikit terhadp komposisi. Untuk campuran gas nonpolar atau suatu gas polar dengan suatu gas non polar. Hal ini telah direkomendasikan dengan rumus modifikasi Wilke-Lee dari metode Hirschfelder-Bird-Spotz yaitu:

 

r  f(kT/  ε   )  P   1/M  1/M  T   1/M  1/M  10   D  AB  2  AB  t  B  A 3/2  B  A -4  AB      (1,084 0,249 ) ...(32) Dimana : D_AB = difusivitas, m2_/s T = Suhu Absolut, K

M _A ,M_B = berat molekul A dan B, kg/kgmol

P_t = Tekanan Absolut, N/m2

r _AB = Pemisahan molekul pada tumbukan, nm = (r _A+r _B)/2 Ɛ_AB = energi molekul tumbukan = √Ɛ_AƐ_B

k = konstanta Boltzman

Nilai r  dan Ɛ dapat ditentukan dengan menggunakan tabel 2.2 dibawah ini:

Bila nilai r  dan Ɛ tidak terdapat ditabel, maka dapat dicari dengan rumus: 1/3  r   1,18.  ...(33) b 1,21.T  k    ...(34)

 K  normal  didih titik  T  kmol  m normal  didih titik   pada cairan molal  volume b , / , 3    

Nilai υ Dapat ditabel 2.3 dibawah ini

   

Contoh untuk toluen (C₇H₈):

υ = (7 x atom Carbon) + (8 x atom Hidrogen) – (termasuk rantai benzen)

= (7 x 0,0148) + (8 x 0,0037) – (0,,015)

Contoh : 3

Perkirakan difusivitas uap Ethanol, C

₂

H

₅

OH (A)

melalui udara (B) pada tekanan std 1 atm, 0

o

_C

Dik : M_A=etanol = 46,07 kg/kmol M_A=Udara = 29 kg/kmol Pt = 101,3 kN/m2 _{z = 0,002 m}

T = 2 7 3 K Dit : D_AB ?

Penyelesaian

Dari tabel 2.2 untuk udara r _B/k = 78,6 , r _B = 0,3711 Untuk Ethanol diperkirangan menggunakan tabel 2.3 Ethanol (C₂H₅OH):

υ = (2 x atom Carbon) + (6 x atom Hidrogen) + (1 x atom oksigen)

= (2 x 0,0148) + (6 x 0,0037) + 0,0074 = 0,0592 nm 0,46 (0,0592) 1,18   1/3  A r  1,18(0,0592) 0,46 nm 1/3  A r  K  351,4 T  425 ) 1,21(351,4   k    A   

Sehingga : nm 0,416 2 0,3711 0,46    AB  r      425(78,6) 170,7 k   ε   AB     170,7 273 k  AB   ε   T   Menghitung didapat  maka  2.5, grafik  n  menggunaka  ε   T   AB            _k    f   0,237 29 1 46,07 1     B   A M   1  M   1 

 

r  f(kT/  ε   )  P   1/M  1/M  T   1/M  1/M  10   D   AB  2  AB  t  B  A 3/2  B  A -4  AB      (1,084 0,249 )

Dari persamaan (32) maka dapat dihitung DAB

 /s  m  D _AB  1,05x105 2    /s  m  D  2.1  tabel   pada  n   penelitia  hasil  dari  1,02x105 2    5993

KUIS

Hitung difusivitas campuran gas dibawah ini:

1. Acetone-Udara pada kondisi STP

2. Nitrogen-Carbon Dioksida, 1 std atm,

25

o

C

3. Hidrogen chlorida-Udara, 200 kN/m

2

,

25

o

C

4. Toluena-Udara, 1 std atm, 30

o

C

5. Aniline-Udara pada kondisi STP

DIFUSI MOLEKULER DALAM CAIRAN

•

Pendahuluan

•

Persamaan difusi cairan

•

Koefisien difusi cairan

•

Prediksi difusifitas cairan

•

Contoh soal

TERDIRI DARI :