Materi 2, Pertemuan 2.Ppt

PERPINDAHAN PERPINDAHAN MASSA DIFUSIONAL DIFUSIONAL Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya

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

Mingg nggu ke : 2 Pert Pertem emua uan n ke : 2

LAMA LAMA PERK PERKULIA ULIAHAN HAN = 16 16 MINGGU MINGGU

Ming Minggu gu ke 1

: Peng enganta antarr Perpi erpind ndah ahan an Mass Massa a

Ming Minggu gu ke 2-3 2-3

: Difu Difusi si

Minggu ke 4

: Perpindahan Massa Antar Fasa

Ming Minggu gu ke 5

: Koefi oefisi sien en Perpi erpind ndah ahan an Mass Massa a

Ming Minggu gu ke 6-7 6-7

: Abso Absorp rpsi si

Minggu ggu ke 8

: UTS

Ming Minggu gu ke 9-12 9-12

: Ek Eksstrak traksi si Cair Cair-c -cai airr

Mingg Minggu u ke 13-1 13-15 5 : Ek Ekst strraksi aksi Padat adat-C -Cai airr (Lea (Leach chin ing) g) Ming Minggu gu ke 16

: SEME SEMES STER TER

LAMA LAMA PERK PERKULIA ULIAHAN HAN = 16 16 MINGGU MINGGU

Ming Minggu gu ke 1

: Peng enganta antarr Perpi erpind ndah ahan an Mass Massa a

Ming Minggu gu ke 2-3 2-3

: Difu Difusi si

Minggu ke 4

: Perpindahan Massa Antar Fasa

Ming Minggu gu ke 5

: Koefi oefisi sien en Perpi erpind ndah ahan an Mass Massa a

Ming Minggu gu ke 6-7 6-7

: Abso Absorp rpsi si

Minggu ggu ke 8

: UTS

Ming Minggu gu ke 9-12 9-12

: Ek Eksstrak traksi si Cair Cair-c -cai airr

Mingg Minggu u ke 13-1 13-15 5 : Ek Ekst strraksi aksi Padat adat-C -Cai airr (Lea (Leach chin ing) g) Ming Minggu gu ke 16

: SEME SEMES STER TER

MATERI PERPINDAHAN MASSA DIFUSIONAL DIFUSI

1. DIFUSI MOLEKULER DALAM GAS MINGGU KE-2

2. DIFUSI MOLEKULER DALAM CAIRAN 3. DIFUSI MOLEKULER DALAM LARU LARUT TAN BIOL BIOLOG OGII DAN GE GELS LS MINGGU KE-3

4. DIFUSI MOLEKULER DALAM PADATAN

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 udara

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 Secara umum

rate of a transfer



drivingforce resistance

...........(1)

Difusi molekuler untuk momentum, panas and massa

ψz





δ

dΓ dz

...........(2)

DIFUSI MOLEKULER PADA PERPINDAHAN MOMENTUM, PANAS DAN MASSA Difusi molekuler untuk Perpindahan Momentum dengan densitas konstan mengikuti Persamaan NEWTON

momentum. m3   

zx  

MOMENTUM TRANSFER/s.m2



 μ  (  

 

ρ 

z 

X  

ρ) 

Viskositas kenimatik. m2/s

...........(3) 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 J/m3

qx A

  

(   c pT) 

Fluks panas, W/m2 Difusitas termal. m2/s

z

...........(4)

DIFUSI MOLEKULER PADA PERPINDAHAN MOMENTUM, PANAS DAN MASSA Difusi molekuler untuk perpindahan massa dengan total konsentrasi konstan mengikuti Hukum Fick”s

Konsentrasi A ,kgmol/m3 *  

 J  Az    D AB Fluks molar komponen A arah z, kgmol A/s.m 2

C  A

...........(5)

z  

Difusivitas molekul dari A ke B. m 2/s

Jarak difusi. m

DIFUSI TURBULENT PADA PERPINDAHAN MOMENTUM, PANAS DAN MASSA Difusi turbulent untuk Perpindahan Momentum dengan densitas konstan mengikuti Persamaan NEWTON momentum. m3

  

zx  

MOMENTUM TRANSFER/s.m2

  μ    (     X   ρ)           ρ    z  t 

DIFUSI EDDY MOMENTUM. m2/s

...........(6) 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 J/m3

qx A FLUKS PANAS, W/m2



      t 

DIFUSIVITAS TERMAL. m2/s



(   c pT)  z

DIFUSI EDDY TERMAL. m2/s

...........(7)

DIFUSI TURBULENT PADA PERPINDAHAN MOMENTUM, PANAS DAN MASSA Difusi turbulent untuk perpindahan massa dengan total konsentrasi konstan mengikuti Hukum Fick”s Konsentrasi A ,kgmol/m3

*  



 J  Az    D AB    M  Fluks molar komponen A arah z, kgmol A/s.m2

Difusivitas molekul dari A ke B. m 2/s



C  A

...........(8)

z   Jarak difusi. m

DIFUSI EDDY MASS, m 2/s

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER

#A Area.time

ΔZ



Z2

ΔC



C2

 fluks  AZ  D AB



Z1

 

 C1  

C A Z

 D AB

ΔC ΔZ

# #

 D AB

- # 

#

 

#

...........(9)

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER Laju difusi komponen A menuju B = NA NA  AZ   D AB

C A z

  C .D AB

x A z

...........(10)

Laju difusi komponen B menuju A = NB NB  BZ   DBA

C B z

  C .DBA

x B

...........(11)

z

Pada keadaan Steady State : Laju difusi komponen = N = N  A + N B

...........(12)

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER II

I

Ethanol

AIR

I kg

kmol

H2O

100

5.55

Akhir : H2O

44.08

2.45

C2H5OH

44.08

0.96

Total

88.16

3.41

II kg

kmol

Awal : C2H5OH

Total

100

2.17

55.92 55.92

3.10 1.21

111.84

4.31

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER II

I

Ethanol

AIR

B

A

 J A

 J B

Difusi  J A :

N  A

 N.x  A  J  A



N  A  N  A  N  B  

Difusi  J B :

N B 





C  A C  

-  D  AB  

...........(13) C  A

...........(14)

Z  

N.x  B   J B 

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

...........(15) ...........(16)

HUKUM FICK’S UNTUK DIFUSI MOLEKULER 



 N  



N  A  N  A  N  B  

N  B  

C  A

A

 N  B  

C   C  B   C  

C  A

-  D  AB  

-  D  BA

...........(14)

Z   C  B  

...........(16)

Z  

+

C  A N A  N B   N A  N B   C  

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

 D   BA

DIMANA :

C  A

 C  B    C  

SEHINGGA :

D  AB 

C  A Z  

 D   BA

C  B  Z  

...........(17)

C  B  Z  

DIFUSI MOLEKULER STEADY STATE DALAM FLUIDA UNTUK ALIRAN LAMINER



N  A  N  A  N  B 

D  AB 

C  A Z  



C  A C  

- D  AB 



 N  A  N  B 



C  A C  

C  A

...........(14)

Z  

- N  A X

C.D AB 

C A Z 



N A  N B  .C A - N A .C 

C A

N A  N B  .C A - N A .C  C A2 



C A1 

C 



1  Z   C.D AB 

Z   1   C A  Z    N A .C  -  C A .N A  N B   C.D AB  Z   2 

1 

...........(18)

DIFUSI MOLEKULER STEADY STATE DALAM FLUIDDA UNTUK ALIRAN LAMAINER C  A2 

 C  A1 

N A .C  

1   C  A  -  C  A .N A  N B   C.D  AB 

Z  2 

 Z  

...........(18)

Z  1 

TUGAS 1A

KERJAKAN 1

N A

 N B 

ln

 .N 

N A .C   -  C  A2  . N A

 N B 

N A .C   -  C  A1 

 N B 

A

 Z     C.D  

AB 

KERJAKAN

N A



...........(19)

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

TUGAS 1B

...........(20)

DIFUSI MOLEKULER DALAM GAS (1) TERDIRI DARI :

• • • • •

Aplikasi gas ideal Difusi melalui media diam Difusi A danB Berlawanan arah Contoh soal Latihan Soal

APLIKASI GAS IDEAL Persamaan Gas Ideal : Hukum Roult’s :

C 

n  

V   



C  A C   P  t  



P.V = n.R.T

 p A P  t  



 y  A

Dimana :  p A = tekanan parsil komponen A Pt = tekanan total y  A = konsentrasi fraksi mol

...........(21)

R.T  

Sehingga persamaan (20) menjadi :

N A D AB  .P t  [N A /  N A  N B  ]P t  -  p A2  ln N A  N A  N B  R.T.Z   [N A /  N A  N B  ]P t  -  p A1 

...........(22)

Atau dalam bentuk mol fraksi persamaan (20) menjadi :

D  AB  .P  t  N A /  N A  N B   -   y A2  N A N A  ln N A  N B  R.T.Z   N A /  N A  N B   -   y A1 

...........(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 :

laju difusi komponen A 

N  A N  A

 N  B 

N A N A



2N A



N A N A



1

 

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. 4. Di alat transfer massa seperti Absorbsi dan humidifikasi

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 N  A

N  A

 N  B 

1

Jawab :

Pada kondisi ini persamaan (22) dapat dipergunakan N A



D AB  .P  t  P  t  -   p A2  ln R.T.Z   P  t  -   p A1 

...........(23)

bila  mana  P t  -  p A2   p B2  ; P t  -  p A1   p B1  



 p B2   p B1   p A1  p A2  





Kemudian

N A

Misal juga :

Kemudian



D AB  .P t   p A1  -   p A2   p B2  ln R.T.Z   p B2  -   p B1   p B1 

 p B2  -   p B1   p B,M  (p  B2  / p B1  ) ln 

...........(24)

...........(25)

D AB .P t  N A  ( p A1  -  p A2 ) R.T.Z.p B,M 

...........(26)

DIFUSI A DAN B BERLAWANAN ARAH Contoh peristiwa yang mengikuti keadaan ini adalah: a. Reaksi A B di permukaan katalis padat Badan utama fluida

A



NA B NB

Katalis

 

A dari badan uama fluida mendifusi dengan kecepatan NA di permukaan katalis Di permukaan katalis terjadi reaksi A B. B yang terbentuk mendifusi ke badan utama fluida dengan kecepatan NB. Besar NB = NA tetapi berlawnan arah, sehingga NA = -NB.

N  A = - N B = Konstan

Pada kondisi ini persamaan (22) Juga dapat dipergunakan

 p A N A  N A  N B   P  t 

D AB  dp A  R.T   dz 

Atau, Untuk hal ini

N A

 

 z 2

D AB  dp A R.T   dz 

D AB   z  dz    R.T.N  A 1

N A



...........(27)

 p A 2

 dp 

A

...........(28)

 p A1

D AB   p A1  p A2   R.T.z  

...........(29)

Contoh Soal :

1. Difusi Molekuler dalam GAS DAB = 0,687 x 10-4 m2/det He N2

PA1 = 0,6 atm

Z = 0,2 m

PA2 = 0,2 atm

Hitung laju difusi He ke N2 ?

Penyelesaian : Dik : PA1 = 0,60 atm PA2 = 0,20 atm DAB = 0,678 x 10-4 m2/det z

= 0,2 m

Dit : NAB ? Jawab : PV = nRT

C  A1 C  A 2

n







 P  A1  RT   P  A 2  RT 

 P  

V 

 RT 

n 

V  n





V 

C 

lanjutan

 Z  2

CA2

 dZ    D  d C 

*

 J  A

 AB

 Z 1

*

 J  A

CA1

 D AB (C  A1



 Z 2

*

 J  A





(82,06 x10

*

 J  A



5,63 x10



6



3





C A 2 )

 Z 1

 D AB ( P  A1



 P A 2 )

 R.T  ( Z 2



 Z 1 )

(0,687 x10  J  A*

 A



4

m2

(0,06  0,20) atm

det m3 .atm )( 273  25) K .(0,20  0)m kgmol . K 

kgmol   A det .m

2

Difusi Molekuler gas berlawanan arah

 p A2 

 p A1  2

1

 p B1  P  

 p B2  P  

*

 J  A *

 J  B z  

 p 

 p A1 

 p A , p B  , atau  p   p B1 

 p B2   p A2 

Contoh Soal : •

Gas Amonia (A) berdifusi kedalam gas N2 (B) didalam tabung sepanjang 0,10 m pada tekanan 1,0132 x 105 Pa dan suhu 298 K. Pada keadaaan 1 PA1 = 1,013 x 104 Pa dan pada keadaan 2 = 0,507 x 104 Pa. Difusivitas DAB = 0,230 x 10-4 m2/det. a. Hitunglah fluks J*A pada keadaan Steady b. Ulangi untuk J*B

Jawab :

m 2  4 4 (0,23x10 )(1,013x10  0,507x10 )Pa  D   (P   A1   P  A2   )  *  det  a) J  A  AB   m 3 .Pa  R.T(Z   2   Z  1  )  (8314 )(273 (0.10  0)m   25)K   kgmol.K   

4

kgmol  A J    4,70 det.m 2  *  A



b) Untuk komponenB, maka tekanan di titik 1 dan 2 adalah :

P  B1   P  t   P  A1   1,0132x10 5



P  B2   P  t   P  A2   1,0132x10 5



1,013x10 4 0,507x10 4

 

9,119x10 4 Pa  9,625x10 4 Pa 

m 2  4 4 (0,23x10 )(9,119x10  9,625x10 )Pa  D   (P    P   det  B2   )  J  * A  AB  B1   m 3  .Pa  R.T(Z   2   Z  1  )  (8314 )(273 (0.10  0)m   25)K   kgmol.K   

J  * A  

 

4,70

kgmol  A det.m 2 

4

Difusi gas A ke gas B yang tidak berdifusi •

Perhatikan gambar dibawah ini : Gas 2

PA2 Zf  NA

1

Z = Z2 - Z1

PA1

Cairan

Rumus yang digunakan

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

D  AB  dp A    p A   N A 1   P     R.T   dz    Z  2 

D  AB  N A  dz    R.T   Z  1  N A

 p A2 

dp A  1   p A /P   P  A1 

D  AB  .P   P    p A2  ln  R.T(Z   2  Z  1  )  P    p A1  





 p BM 





 p B2  -  p B1  ln(p  B2  /p B1  ) 

 p A1   p A2   p A2  )/(P   



D AB .P  N A  (p  R.T(Z  2   Z 1  )p  BM 

ln[(P  

A1 



-  p A2  ) 

 p A1  )]



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 DAB = 0,250 x 10-4 m2/det. Asumsi sistem isotermal. Hitunglah laju difusi air dalam udara !

Penyelesaian : Diketahui : DAB = 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 : NA ? Jawab : Rumus yang digunakan

 N  A



 D AB . P   RT ( z 2



 z 1 ) P  BM 

( P  A1



P  A 2 )

Dari Tabel A2.2 APPENDIX A.2 (Geankoplis, 1979) Tekanan Uap air pada 25oC = 23,76 mmHg = 23,76/760 = 0,031263 atm PA1 = 0,031263 (1,01325 x 10 5) = 3,1677 x 103 Pa PA2 = 0  P  BM 



 P  B 2



 Ln(

 P   BM 

1,0 

. P  B1

 P  B 2  P  B1

 P   B1  P   B 2





 P 



 P 

 P  A1



 P  A 2

1,00





1,00



0,031263



0





0,968737 atm

1,0 atm

)

0,968737 1,0  Ln( ) 0,968737 



0,988

atm



1,001 x103  Pa

 N  A



 D AB . P   RT ( z 2



 z 1 ) P  BM 

( P  A1



P  A 2 )

4

5

 N  A

 N  A

3

(0,250 x10 )(1,01325 x10 )( 2,341 x10 



3

8314(293)(0,1524)(1,001 x10 ) 7



2

1,595 x10 kmol / m  s 



0)

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 N 2 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 CO2 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 masingmasing 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.m 2 dan gmol/det.cm2 b. Fluks gas N 2 c. Tekanan parsil He pada titik 0.05 m

DIFUSI MOLEKULER DALAM GAS (2) TERDIRI DARI :

•

• • •

Difusi Steady State pada campuran multikomponen Difusifitas Gas Contoh soal Kuis

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 masingmasing unsur dalam campuran. Sehingga pers (22) dapat dipertimbangkan penggunaannya.

N A D AB  .P t  [N A /  N A  N B  ]P t  -  p A2  ln N A  N A  N B  R.T.Z   [N A /  N A  N B  ]P t  -  p A1 

...........(22)

n 

N A  N B  

 N 

i  

i   A

D  AB 

D  A,m 



N A   y A



D  A,m 

n

 N 

i

i  A

n 

1 

 D  

i   A

A,1 

( yiN A   y AN i  )

...........(30)

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

1   y A 1  D  A,m   n   n   y i   y ' i   D    D   i   A i   A A,1  A,1 

...........(31)

Contoh : 1 Oksigen (A) yang berdifusi ke Carbon monoksida (B) pada keadaan steadi, sedang Carbon monoksida tidak berdifusi. Tekanan total adalah 1x105 N/m2 dan suhu 0oC. Tekanan parsil oksigen yang berjarak 2,0 mm masing-masing 13 000 dan 6500 N/m2. Difusifitas campuran adalah 1,87x10-5 m2/s. Hitung laju difusi oksigen dalam kmol/s aetiap meterpersegi dari jarak tersebut?

Penyelesaian Dik : DAB = 1,87x10-5 m2/s z = 0,002 m T = 273 K pA,2 = 13x103 N/m2

Pt = 105 N/m2 R = 8314 N.m/kmol.K pA,1 = 13x103 N/m2

Dit : NA ? Jawab : Persamaan yang digunakan adalah N A



D  AB  .P  t  (p  RT(z  2  z 1  )P   BM 

A1 

 p A2  ) 





pB1 = Pt - pA,1 = 105 N/m2 - 13x103 N/m2 = 87x103 N/m2 pB2 = Pt - pA,2 = 105 N/m2 - 6500 N/m2 = 93,5x103 N/m2 PBM

(1,87x10

NA



NA



-5

)(10

8314(273)( 2,97x10

5



5

)(13



PB2 ln(P

.PB1  /PB1 )

(87 

2x103 )



93,5)(10

ln(87/93,5 )

B2

- 6,5)(10

0,002)(90,

2 kmol/m .s



3

)

3

) 

90200 N/m2

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: DO2-H2= 6,99x10-5 m2/ s ; DO2-CH4= 1,86x10-5 m2/s. Penyelesaian Dik : DO2-H2 = 6,99x10-5 m2/s DO2-CH4 = 1,86x10-5 m2/s Pt = 105 N/m2 z = 0,002 m R = 8314 N.m/kmol.K T = 273 K pA,1 = 13x103 N/m2 pA,2 = 13x103 N/m2 pB,m = 90,2x103 N/m2 Dit : NA ?

Rasio volume campuran adalah 2 : 1, maka untuk masingmasing fraksi gas adalah: yB'  2/(2  1)  0,667

D  A,m  

D  A,m 



1  '  B 

 y  D  AB 

'  C 

 y   D  AC  -5

y 'C  1 0,667  0,333

dan

1



0,667 1,86x10

-5



0,333 6,99x10

-5

2 

2,46x10 m   /s .

Sehingga laju difusi gas Oksigen di dalam campuran gas adalah : NA

NA NA

DA,m.Pt



RT(z

2

 z 1 )P

(2,46x10 



-5

)(10

8314(273)( 3,91x10

5



(p

A1

 pA2

)

BM 5

)(13

- 6,5)(10

0,002)(90, 2

kmol/m.s

2x103 )

3

)

DIFUSIVITAS GAS (DAB) Difusi gas atau koefisien difusi dari gas yang tergantung dengan suhu, tekanan dan komponenkomponen 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 WilkeLee dari metode Hirschfelder-Bird-Spotz yaitu:

D AB 



10  -4 (1,084



3/2 

0,249 1/M A 1/M B  )T  

1/M A 1/M B 

2 

P  t  r AB   f(kT/   ε  AB  ) 

Dimana : DAB = difusivitas, m2/s T = Suhu Absolut, K M A ,MB = berat molekul A dan B, kg/kgmol Pt = Tekanan Absolut, N/m2 r AB = Pemisahan molekul pada tumbukan, nm = ( r A+r B)/2 ƐAB = energi molekul tumbukan = √ƐAƐB k = konstanta Boltzman  f (kT/ƐAB) = fungsi tumbukan , menggunakan grafik.

...........(32)

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: r 



1/3 

1,18. 

 

k 



1,21.T b

...........(33) ...........(34)

 

T b



volume molal  cairan  pada titik didih normal , m3 / kmol 



titik  didih normal , K 

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) = 0,1182

 f (kT/ƐAB) = fungsi tumbukan , menggunakan grafik dibawah ini

Contoh : 3 Perkirakan difusivitas uap Ethanol, C2H5OH (A) melalui udara (B) pada tekanan std 1 atm, 0oC Dik : MA=etanol = 46,07 kg/kmol Pt = 101,3 kN/m2 T=273K Dit : DAB ?

MA=Udara = 29 kg/kmol z = 0,002 m

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 r A 1,18(0,0592) T  351,4 K  

1/3 



0,46 nm

  

 A

k  



1,21(351,4 )



425

Sehingga : r  AB 



0,46  0,3711 2

k T  

ε  AB  

   0,416 nm

k  



425(78,6)



170,7

273 

ε  AB  



170,7

Menghitung   k T      menggunaka    f   n grafik  2.5, maka  didapat   ε  AB    1  M  A



1  M  B  



1 46,07



1 29



0,237

Dari persamaan (32) maka dapat dihitung DAB D  AB 

10  -4 (1,084 

D AB  1,05x10 



3/2  1/M A 1/M B  0,249 1/M A 1/M B  )T   2 

P  t  r AB   f(kT/   ε  AB  )  5



m 2  /s 

dari hasil  penelitia  n  pada tabel 2.1 D 

1,02x10

5



m 2  /s 

KUIS Hitung difusivitas campuran gas dibawah ini:

1. Acetone-Udara pada kondisi STP 2. Nitrogen-Carbon Dioksida, 1 std atm, 25oC 3. Hidrogen chlorida-Udara, 200 kN/m2, 25oC 4. Toluena-Udara, 1 std atm, 30oC 5. Aniline-Udara pada kondisi STP STP = Standart Temperature and Pressure, 0 oC, 1 std atm

DIFUSI MOLEKULER DALAM CAIRAN TERDIRI DARI :

• • • • •

Pendahuluan Persamaan difusi cairan Koefisien difusi cairan Prediksi difusifitas cairan Contoh soal