Download - Perpindahan Massa Antar fassa
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 1/32
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Aplikasi dasar-dasar ilmu pengetahuan alam yang dirangkai dengan dasar
ekonomi dan hubungan masyarakat pada bidang yang berkaitan Iangsung dengan proses
dan alat-alat proses jadi OTK berkaitan dengan pekerjaan rekayasa proses.
Prosesnya sendiri tersusun dalam beberapa langkah, yang meliputi perubahan komposisikimia, perubahan fisis bahan yaitu proses fisis, atau pemisahan dan pemurnian.
Yang diermati dengan ukup rini pada matakuliah Operasi Teknik Kimia adalah
proses pemisahan atau pemurnian konstituen atau komponen dari ampuran. Proses
pemisahan atau pemurnian ini sangat diperlukan pada unit persiapan bahan baku agar
bahan memenuhi ketentuan proses alat berikutnya !misalnya reaktor" dan sangat
diperlukan pada unit pemurnian hasil agar memenuhi spesifikasi produk yang akan
dijual.
#aat ini fenomena perpindahan massa antar fasa banyak dijumpai dalam proses-
proses diindustri kimia, terutama pada proses ekstraksi dan kristalisasi. #alah satu
ontohnya adalah proses perpindahan massa yang ditandai dengan perubahan
konsentrasi. Proses perpindahan massa sangat penting dalam bidang ilmu pengetahuan
dan teknik. Perpindahan massa terjadi pada komponen dalam ampuran berpindah
dalam fase yang sama atau dari fase ke fase yang lain karena adanya perbedaan
konsentrasi. Perpindahan massa dapat dijumpai dalam keadaan sehari-hari, sebagai
ontoh, sedikit gula dimasukkan kedalam seangkir kopi pada akhirnya akan larut
dengan sendirinya dan mendifusi keseluruh bagian larutan.
1.2 Tujuan
$empelajari perpindahan massa dan menghitung koefisien perpindahan massa
antar fasa.
1
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 2/32
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pemisaan
%ara pemisahan atau pemurnian konstituen dari ampuran seara garis besar dapat
dibedakan menjadi&
'. Pemisahan seara mekanik
Pemisahan ini dapat digunakan untuk memisahkan ampuran yang heterogen !padat (
air, air ( air yang tidak saling larut, dan gas ( air"
)asar-dasar pemisahan seara mekanik adalah&
a. Pemisahan karena gaya gra*itasi
b. Pemisahan karena gaya sentrifugal
. Pemisahan karena beda keepatan jatuh
d. Pemisahan karena beda tekanan
+. Pemisahan dengan mempergunakan reaksi kimia !tidak dipelajari seara eksplisit
tetapi implisit pada materi yang lain"
. Pemisahan menurut dasar operasional difusional
Perpindahan massa konstituen dari fasa yang satu ke fasa lainnya seara difusi.Operasi
pemisahan dapat menyangkut banyak sekali proses dan peralatan yang selalu berubah
atau berkembang untuk menuju suatu penyempurnaan. ntuk itu operasi pemisahan
dapat dilihat seara konseptual dengan menggunakan Konsep dasar Chemical
Engineering Tools, yaitu&
'. eraa $assa
+. eraa Panas
. Keseimbangan
/. Proses Keepatan ! Rate Processes"
0. 1konomi
2. 3ubungan masyarakat
2
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 3/32
4ila dasar pengetahuan mahasis5a atau engineer terhadap suatu peralatan bersifat
konseptual atau centered around physical principles and mathematical techniques maka
engineer tersebut dapat dengan mudah beradaptasi dan memahami peralatan dan proses
yang baru. Yang dimaksud pengetahuan terhadap suatu peralatan bersifat centered
around physical principles and mathematical techniques adalah memahami suatu
peralatan dan proses berdasarkan konsep-konsep fundamental peralatan atau proses
tersebut. #elain itu dengan dikuasainya konsep-konsep fundamental menyebabkan
engineer dapat berpikir logis, lebih mendalam, dan dapat melakukan analisis seara
kuantitatif terhadap suatu peralatan.
3
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 4/32
BAB !
PE"BAHASAN
!.1 "et#$e Ber%ikir Se&ara K#nse'tual Da'at Diurutkan Se(agai Berikut )
'. Analisis perilaku fisik sistem
+. Penyusunan model fisik
. Penyusunan persamaan matematis yang me5akili model fisik
/.Penyelesaian persamaan matematis seara grafis, analitis, atau numeris. Karena
tersedianya alat bantu hitung yang sangat anggih !komputer" pada era belakangan ini
maka penyusunan model matematis yang baik !sangat mendekati sistem yang diamati"
dapat dilakukan. ntuk itu perlu penguasaan penyusunan program komputer.
Distilasi
Pemisahan komponen-komponen dalam larutan air dengan mempergunakan panas
sebagai separating agent !4erdasarkan beda titik didih masing-masing komponen dalam
larutan"
6ambar ' #kema proses perpindahan massa pada peristi5a distilasi
Ekstraksi
Pemisahan komponen-komponen dalam larutan air dengan mempergunakan 7at pelarut
air sebagai separating agent !berdasarkan beda daya larut komponen-komponen
tersebut dalam pelarut"
1kstraksi yang dilakukan untuk fasa padat dengan mempergunakan pelarut air sering
disebut dengan 8eahing.
4
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 5/32
6ambar +. 9angkaian alat ekstraksi
Keterangan )'. #tatif+. Klem. Pendingin/. Termometer0. 8abu alas bulat
2. Water bath
:. Pemanas 8istrik;. 4atang pengaduk magnetik
Absorbsi
Penyerapan komponen-komponen tertentu dalam ampuran gas dengan
mempergunakan larutan penyerap yang terpilih.
A)#O9P#I sama dengan A4#O9P#I, tetapi dengan mempergunakan penyerap padat.
5
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 6/32
!.2 KA*AKTE*ISTIK PE"ISAHAN
Karakteristik dari suatu sistem pemisahan dapat dilihat dari diagram di ba5ah ini&
#ebagai separating agent dalam suatu proses pemisahan antara lain&
'. Tenaga panas& uap atau bahan bakar Iainnya
+. $assa& 7at pelarut atau penyerap
. Tenaga mekanik& tekanan
!.! PE"ILIHAN "ET+DA PE"ISAHAN
Pemilihan metode pemisahan dibatasi oleh&
• #ifat fisis bahan
• Karakteristik bahan-bahan yang dipisahkan
Penggunaan metoda pemisahan dapat berdasarkan&
• Operasi perpindahan massa seara difusional
• Pemisahan mekanik
• Operasi pemisahan berdasarkan reaksi kimia
• Kombinasi dari ara-ara pemisahan di atas
6
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 7/32
$isalnya&
a. Air dapat dipisahkan dari ampuran etanol-air dengan menggunakan ara distilasi
atau mereaksikannya dengan kapur.
b. 3idrogen sulfida dapat dipisahkan dari gas alam dengan absorpsi menggunakan
sol*en atau reaksi kimia.
)asar prinsip pemilihan suatu proses pemisahan antara lain&
• 4iaya& metoda pemisahan dengan biaya yang paling murah, baik untuk peralatan
maupun untuk operasi akan menjadi pilihan utama.
• Proses yang lebih sederhana, meskipun harganya sedikit Iebih mahal akan
menjadi pilihan, karena akan memperkeil kendala<gangguan yang mungkin
timbul.
!.,Klasi%ikasi Per'in$aan "assa
%ampuran dua fasa
)alam perpindahan massa, harus melibatkan lebih dari satu komponen. Pada proses ini,
kedua komponen larut sempurna pada setiap perbandingan Kontak antara + fasa
menyebabkan terjadinya difusi antar masing-masing komponen dan menyebabkan hasil
separasi yang selalu tidak sempurna.
#istem ampuran pada operasi perpindahan massayaitu &
#istem gas-gas dan padat-padat& tidak terjadi dua fasa
#istem gas-air & semua harus terdistribusi pada kedua fasa pemisahan dapat
menggunakan metode distilasi atau teknik lainnya seperti &
Absorbsi => desorbsi
3umidifikasi => de humidifikasi
#istem gas-padat & menyangkut proses adsorbs<desorbsi
#istem air-air & proses ekstraksi
#istem air-padat& proses kristalisasi
Pemisahan menggunakan membrane
#istem gas-gas &-menggunakan membran miropore
7
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 8/32
-Keepatan pemisahan merupakan fungsi dimensi molekul
#istem gas-air &-dipengaruhi tingkat permeasi
-Keepatan pemisahan merupakan fungsi kelarutan
#istem air-air & proses dialysis
#istem pemisahan yang lain &-kontak langsung fasa terampur
-pemanfaatan sifat permukaan
4agaimana seorang hemial engineer?s memilih untuk metode pemisahan yang perlu
diketahui yaitu &
-tentukan semua metode yang mungkin
-pilih metode yang paling ekonomis, terutama berdasarkan &
#ifat fisika komponen dan kemudahan di handling
Pilihan ini adalah & - sebagai pilihan a5al
- Penentu utamanya adalah ost
- 3arus direalisasikan sehingga terbukti sebagai pilihan tepat
Kelebihan proses pemisahan berdasarkan perpindahan massa &
Komponen didapatkan dalam keadaan semula
Pemisahan seara kimia5i & berubah menjadi senya5a lain
4eberapa ontoh pemisahan diindustri &
$ineral dari ore & mass trans op !$O" @ leahing, mekanik!$1"@ flotation
$inyak dari biji-bijian & leahing
re6as dari ampuran gas & adsorbs<absorbs,distialsi
Air dari larutan etanol& distilasi,kombinasi reaksi dan $O!aO3"
3+# dan gas & absorbs dengan atau tanpa reaksi kimia.
)idalam perpindahan massa ini ada jenis dan kondisi operasi pada perpindahan massa
yaitu&
• )iret & metode dengan membentuk dau fasa dari satu fasa dengan
penambahan energy
• Indiret& metode dengan penambahan substansi lain
• #teady state operation & konsentrasi pada setiap posisi sama setiap 5aktu
8
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 9/32
• nsteady state & => steady state
• #tage5ise operation & aliran fasa kesistem tidak kontinyu
• %ontinous operation & aliran fasa ked an dari system kontinyu.
Prinsip desain alat perpindahan massa / *ariabel pokok&
• Bumlah stage kesetimbangan?
• Caktu yang diperlukan
• Kapasitas
• 1nergy yang dibutuhkan
Benis separasi sebagai berikut&
E-a'#rati#n
1*aporasi Adalah proses pertukaran melalui molekul air di atmosfer atau
peristi5a berubahnya air atau es menjadi uap di udara.
Penguapan terjadi pada tiap keadaan suhu sampai udara di permukaan tanah menjadi
jenuh dengan uap air.
Proses e*aporasi terdiri dari dua peristi5a yang berlangsung &
'.Interfae e*aporation, yaitu transformasi air menjadi uap air di permukaan tanah. ilai
ini tergantung dari tenaga yang tersimpan. +.Dertikal *apour transfers, yaitu perpindahan lapisan yang kenyang dengan uap air dari
interfae ke uap !atmosfer bebas".
Distillati#n
)istilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan
kimia berdasarkan perbedaan keepatan atau kemudahan menguap !*olatilitas".)alam
penyulingan, ampuran 7at dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudiandidinginkan kembali ke dalam bentuk airan.Eat yang memiliki titik didih lebih rendah
akan menguap lebih dulu.$etode ini termasuk sebagai unit operasi kimia
jenis perpindahan massa.Penerapan proses ini didasarkan pada teori bah5a pada
suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya.F+G $odel
ideal distilasi didasarkan pada 3ukum 9aoult dan 3ukum )alton.
9
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 10/32
Distilation
Etra&ti#n
1kstraksi adalah proses pemisahan komponen 7at padat atau 7at air dengan
menggunakan bantuan pelarut.1kstraksi ada + maam, yaitu ekstraksi padat-air dan
ekstraksi air-air. 1kstraksi padat-air didefinisikan sebagai operasi pemisahan 7at
padat yang dapat larut melalui kontak dengan pelarut. #etelah terjadi kontak padatan
dengan pelarut maka perbedaan konsentrasi akti*itas kimia solute di dalam fasa padatan
dengan fasa pelarut menjadi gaya pendorong berlangsungnya perpindahan massa solute
dari fasa padatan ke fasa pelarut.1kstraksi padat-air merupakan operasi yang
melibatkan perpindahan massa antar fasa. Perbedaan akti*itas kimia antara fasa padatan
dan fasa pelarut menerminkan sebarapa jauh sistem berada dari kesetimbangan,
sehingga akan menentukan pula laju solut antar fasa.
Kesetimbangan fasa dalam sistem padatan solute pelarut ini mengikuti prinsip-prinsip
sebagai berikut &
'. Pada kondisi termodinamika tertentu !P,T tertentu" terdapat hubungan kesetimbangan
yang dapat digambarkan dalam bentuk kur*a kesetimbangan.+. Pada sistem yang telah setimbang tidak terjadi difusi netto komponen-komponen
diantara kedua fasa. Ini berarti laju difusi dari fasa padatan ke fasa pelarut sama dengan
laju difusi dari fasa pelarut ke fasa padatan.
. ntuk sistem yang belum terapai kesetimbangannya, difusi komponen-komponen
mendorong sistem menuju kesetimbangan.
10
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 11/32
Lea&ing
8eahing adalah peristi5a pelarutan terarah dari satu atau lebih senya5aan dari
suatu ampuran padatan dengan ara mengontakkan dengan pelarut air. Pelarut akan
melarutkan sebagian bahan padatan sehingga bahan terlarut yang diinginkan dapat
diperoleh. $etode ini memiliki *ariabel penting, yaitu temperatur, area kontak dan
jenis pelarut.Istilah leahing sering diranukan dengan sebutan ekstraksi, demikian pula
alatnya sering diranukan sebagai ekstraktor. ntuk memahami konsep leahing maka
sangat penting untuk memahami kesetimbangan fasa padat-air.Teknologi leahing
biasanya digunakan oleh industri logam untuk memissahkan mineral dari bijih dan
batuan !ores". Pelarut asam akan membuat garam logam terlarut seperti leahing %u
dengan medium 3+#O/ atau 3. %ontoh operasi ini adalah pemisahan emas dari
bentuk padatan berongga dengan menggunakan larutan 3% atau 3+#O/. Industri gula
juga menggunakan prinsip leahing saat memisahkan gula dari bit dengan menggunakan
air sebagai pelarut. Industri minyak goreng menggunakan prinsip operasi ini saatmemisahkan minyak dari kedelai, kaang, biji matahari dan lain-lain dengan
menggunakan pelarut organik seperti heksana, aseton atau eter.Industri farmasipun
menggunakan teknologi ini untuk mengambil kandungan obat dari dedaunan, akar dan
batang tumbuhan. Konsep dasar leahing tidak hanya berlaku dalam dunia industri, tapi
juga terjadi di lingkungan sehari-hari seperti erosi unsur hara oleh air hujan atau ketika
sedang menyeduh teh<kopi.
11
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 12/32
Keterangan alat &'.Pemanas 8istrik
+.a. Termometer Titik )idih
b. Termometer Titik 1mbun
.8abu 8eher
/.Isolasi
0.Pendingin 4alik
2.8abu Penampung
:.Kran
;.Tabung #ampel
H.Pompa Dakum
'. #tatif ''. 1rlenmeyer
#eara umum leahing dapat dibagi +, yaitu&
'. Perolation !liJuid added into solids". Pada metode ini pelarut dikontakkan
dengan padatan melalui proses tunak ataupun tak tunak. $etode ini lebih banyak
digunakan untuk pemisahan ampuran padat-air di mana jumlah padatan jauh
lebih besar daripada fasa air.
+. )ispersed #olids !#olids added into liJuid". Pada metode ini padatan
dihanurkan terlebih dulu menjadi peahan keil sebelum dikontakkan dengan pelarut. $etode ini begitu populer karena tingkat kemurnian hasil yang tinggi
sehingga dapat mengimbangi biaya operasi pemisahan yang juga tinggi.
"em(rane se'arati#n
/+sm#sis ter(alik0 adalah suatu metode penyaringan yang dapat menyaring
berbagai molekul besar dan ion-ion dari suatu larutan dengan ara memberi tekanan
pada larutan ketika larutan itu berada di salah satu sisi membran seleksi!lapisan
penyaring". Proses tersebut menjadikan 7at terlarut terendap di lapisan yang dialiri
12
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 13/32
tekanan sehingga 7at pelarut murni bisa mengalir ke lapisan berikutnya. $embran
seleksi itu harus bersifat selektif atau bisa memilah yang artinya bisa dile5ati 7at
pelarutnya !atau bagian lebih keil dari larutan" tapi tidak bisa dile5ati 7at terlarut
seperti molekul berukuran besar dan ion-ion. Osmosis adalah sebuah fenomena alam
yang terjadi dalam sel makhluk hidup dimana molekul sol*ent !biasanya air" akan
mengalir dari daerah berkonsentrasi rendah ke daerah 4erkonsentrasi tinggi melalui
sebuah membran semipermeabel. $embran semipermeabel ini menunjuk ke membran
sel atau membran apa pun yang memiliki struktur yang mirip atau bagian dari membran
sel. 6erakan dari sol*ent berlanjut sampai sebuah konsentrasi yang seimbang terapai
di kedua sisi membran.
A(s#r'ti#n
Absorpsi atau penyerapan, dalamkimia, adalah suatu fenomena fisik atau
kimia5i atau suatu proses se5aktuatom, molekul, atau ion memasuki suatu fase limbak
!bulk " lain yang bisa berupa gas, airan, ataupun padatan. Proses ini berbeda
dengan adsorpsikarena pengikatan molekul dilakukan melalui *olume dan bukan
permukaan. #alah satu ontoh penyerapan lainnya adalah penukaran ion di mana terjadi proses pertukaran ion antara duaelektrolit atau antara larutan elektrolit dan senya5a
kompleks.
#eara umum langkah pemisahan berdasarkan prinsip perpindahan massa seara
difusional dapat dinyatakan dengan urutan sebagai berikut&
'. Penampuran umpan dengan separating agent
+. Perpindahan massa dan panas terjadi seara simultan.
. Pemisahan dua fase !umpan dan separating agent " yang sudah dalam keadaan
setimbang,
13
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 14/32
nit pemisah pada prinsipnya adalah tempat dimana Iangkah-langkah tersebut
berlangsung. #uatu operasi pemisahan dapat berjalan dengan baik bila ara kontak
antara umpan dan separating agent dalam unit pemisah berjalan dengan baik. Alat
kontak antara umpan dan separating agent dapat dikelompokkan menjadi / yaitu&
1. S'ra T#er
Spray toer terdiri dari ruang terbuka dan luas pada tempat tersebut gas mengalir dan
ke dalam ruang tersebut disemprotkan airan dengan spray no!!les atau alat yang dapat
membuat butir-butir airan. %airan yang disemprotkan akan jatuh karena gaya
gra*itasinya dengan arah aliran airan dan gas berla5anan arah.
Karena airan dalam bentuk butir-butir !tetes-tetes airan", maka luas permukaan bidang
kontak antar fasa akan makin besar. Bika ukiran butir semakin keil, maka luas bidang
kontaknya akan semakin besar. Tetapi ukiran butir airan tidak boleh terlalu keil,
karena butir akan terba5a aliran gas ke atas !ke luar".
Spray toer pada umumnya digunakan untuk proses perpindahan massa gas yang
mudah larut dalam airan, atau perpindahan massanya dikontrol oleh tahanan fasa
gasnya.
!. "enara 3elem(ung
14
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 15/32
$enara gelembung pada prinsipnya berla5anan dengan spray toer . Pada
menara ini, gas didispersikan ke dalam airan.6elembung gas ukup keil sehingga
kontak antar fasanya menjadi besar.
$enara gelembung digunakan dalam sistem dengan tahanan pada fasa airan yang
mengontrol keepatan perpindahan massa seara keseluruhan, Kondisi ini terjadi untuk
gas-gas yang tidak mudah larut.
!. "enara $engan Baan Isian / Packed Tower 0
$enara bahan isian adalah menara tegak yang diisi dengan bahan isian
! packing ".4ahan isian dapat terbuat dari keramik atau bisa juga dari batu-batuan.%airan
didistribusikan ke kolom bahan isian dan mengalir ke ba5ah pada permukaan bahan
isian dalam bentuk lapisan tipis.6as umumnya mengalir ke atas berla5anan arah dengan
aliran airan, sehingga luas kontak antar fasa menjadi ukup besar.
$enara jenis ini dapat digunakan untuk sistem gas ( airan dimana salah satunya atau
kedua tahanannya mengontrol.
15
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 16/32
,. "enara $engan Plate-Plate
$enara dengan plate"plate dapat berupa bubble"cap atau sie#e trays. Pada tiap-
tiap plate, gelembung gas yang terbentuk di dasar airan dengan ara memaksa gas
mele5ati lubang-lubang yang keil. Perpindahan massa antar fasa terjadi saat
pembentukan gelembung dan saat gelembung gas mele5ati airan.
)ari keempat alat perpindahan massa tersebut di atas, dapat dikelompokkan lagi
menjadi + ara kontak, yaitu&
$% Continuous Contact
&% Stage Wise Contact
Kedua ara kontak !Continuous Contact dan Stage Wise Contact " mempunyal dua
fenomena yang berbeda yaitu&
16
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 17/32
Continuous Contact umpan dan separating agent bertemu seara sinambung
pada semua posisi, sehingga terjadi perpindahan massa seara sinambung padasetiap posisi atau ada perubahan konsentrasi sebagai fungsi posisi ! position
dependent ". Pada Continuous Contact konsep rate processes memegang peran
penting.
Stage Wise Contact umpan dan separating agent diusahakan berkontak dengan
baik pada setiap stage sampai kondisi keseimbangan terapai. Oleh karena itu
komposisi arus-arus yang keluar dari stag e dalam keadaan keseimbangan. Pada
Stage Wise Contact k#nse' keseim(angan memegang peranan penting. Karena
dua ara kontak tersebut dapat dikatakan mempunyai prinsip yang berbeda.
!.4. K#e%isien Pin$a Panas
Koefisien pindah panas digunakan dalam perhitungan pindah
panas kon*eksi atau perubahan fase antara air dan padat. Koefisien pindah panas
banyak dimanfaatkan dalam ilmu termodinamika dan mekanika serta teknik kimia.
di mana&
'( @ panas yang masuk atau panas yang keluar, C
h @ koefisien pindah panas, C<!m+K"
) @ luas permukaan pindah panas, m+
@ perbedaan temperatur antara permukaan padat dengan luas permukaan kontak
dengan fluida, K
)ari persamaan di atas, koefisien pindah panas adalah koefisien proporsionalitas
antara fluks panas, (*+) delta t, dan perbedaan temperatur , , yang menjadi
penggerak utama perpindahan panas.
#atuan #I dari koefisien pindah panas adalah 5att per meter persegi-kel*in , C<!m +K".
!.5K#e%isien 'in$a 'anas (erke(alikan $engan insulasi termal.
17
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 18/32
Terdapat beberapa metode untuk mengkalkulasi koefisien pindah panas dalam
berbagai jenis kondisi pindah panas yang berbeda, fluida yang berlainan, jenis aliran,
dan dalam kondisi termohidraulik . Perhitungan koefisien pindah panas dapat
diperkirakan dengan hanya membagi kondukti*itas termal dari fluida dengan satuan
panjang, namun untuk perhitungan yang lebih akurat seringkali digunakan bilangan
usselt, yaitu satuan tak berdimensi yang menunjukkan rasio pindah
panas kon*ektif dan konduktif normal terhadap bidang batas.
!.6 K#relasi Dittus7B#elter /k#n-eksi 'aksa8 forced convention0
Korelasi yang khusus namun sederhana dan biasa digunakan pada berbagai
aplikasi adalah korelasi pindah panas )ittus-4oelter untuk fluida dalam aliran turbulen.
Korelasi ini dapat digunakan ketika kon*eksi adalah satu-satunya ara dalam
memindahkan panas, tidak ada perubahan fase, dan tidak ada radiasi yang signifikan.
Koreksi dari perhitungan ini L'0M.
ntuk aliran fluida pada pipa melingkar yang lurus dengan bilangan 9eynolds antara
' dan '+, ketika bilangan Prandtl di anara .: dan '+, untuk titik yang
jaraknya lebih dari sepuluh kali diameter pipa dan ketika permukaan pipa halus seara
hidraulik, koefisien pindah panas antara fluida dan permukaan pipa dapat diekspresikan
sebagai&
di mana
@ kondukti*itas termal fluida
@ @ diameter hidraulik
-u @ bilangan usselt
bilangan usselt dapat diari dengan&
!korelasi )ittus-4oelter"
di mana&
Pr @ bilangan Prandtl
Re @ bilangan 9eynolds
18
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 19/32
n @ ./ untuk pemanasan !dinding lebih panas dari fluida yang mengalir" dan . untuk
pendinginan !dinding lebih dingin dari fluida yang mengalir"F'G.
!.9 K#relasi T#m
Terdapat korelasi yang sederhana antara koefisien pindah panas dalam proses
pemanasan fluida hingga mendidih !boiling process". Korelasi Thom adalah untuk
aliran air yang mendidih dan jenuh pada tekanan di atas + $Pa, dalam kondisi di mana
molekul-molekul air yang mendidih lebih banyak mendominasi sepanjang kon*eksi
paksa sedang terjadi. Konsep ini berguna untuk perkiraan kasar dari perbedaan
temperatur yang mungkin terjadi pada fluks panas yang ditentukan. F+G
di mana&
@ kenaikan temperatur pada dinding di atas titik jenuh, K
q @ fluks panas, $C<m+
P @ tekanan air, $Pa
perhatikan bah5a ini adalah rumus empiris yang khusus pada satuan tertentu yang
diberikan pada rumus.
!.: K#e%isien Pin$a Panas Pa$a Din$ing Pi'a
Pada kasus pindah panas pada pipa yang melingkar, fluks panas bergantung pada
diameter dalam dan diameter luar dari pipa, atau tebalnya. amun jika tebal pipa sangat
tipis jika dibandingkan dengan diameter dalamnya, maka perhitungannya&
di maka k adalah kondukti*itas termal dari material dinding dan N adalah ketebalan
dinding. Penggunaan asumsi ini bukan berarti mengasumsikan bah5a ketebalan dinding
diabaikan, namun diasumsikan bah5a perpindahan panas adalah linier pada satu garis,
tidak tersebar dari satu titik di pusat pipa ke segala arah penampang melintang pipa.
19
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 20/32
Bika asumsi di atas tidak berlaku, maka koefisien pindah panas dapat dihitung dengan
menggunakan&
di mana d i adalah diameter dalam dan d o adalah diameter luar
!.1; K#e%isien Pin$a Panas 3a(ungan
ntuk dua atau lebih proses pindah panas yang bekerja seara paralel, koefisien
pindah panas ditambahkan&
ntuk dua atau lebih proses pindah panas yang bekerja seara berantai pada garis lurus,
koefisien pindah panas ditambahkan seara in*ers&
$isalnya, katakan ada sebuah pipa dengan fluida yang mengalir di dalamnya. 8aju
pindah panas antara fluida di bagian dalam pipa dengan permukaan luar pipa adalah
di mana
( @ laju pindah panas !C"
h @ koefisien pindah panas !C<!m+K""
t @ ketebalan dinding !m"
k @ kondukti*itas termal dinding !C<mK"
) @ luas permukaan dinding !m+"
@ perbedaan temperatur.
20
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 21/32
BAB I<
PENUTUP
,.1 Kesim'ulan
Pemisahan menjadi komponen terjadi bukan karena perbedaan konsentrasi tetapi
akibat perbedaan sifat fisik. Proses yang tidak melibatkan reaksi kimia ini menjadikan
perbedaan konsentrasi sebagai dri*ing fore dan perpindahan massa adalah bagian dari
proses ini.
%ara pemisahan atau pemurnian konstituen dari ampuran seara garis besar dapat
dibedakan menjadi&
Pemisahan ini dapat digunakan untuk memisahkan ampuran yang heterogen !padat (
air, air ( air yang tidak saling larut, dan gas ( air"
)asar-dasar pemisahan seara mekanik adalah&
a. Pemisahan karena gaya gra*itasi
b. Pemisahan karena gaya sentrifugal
. Pemisahan karena beda keepatan jatuh
d. Pemisahan karena beda tekanan
,.2 Saran
Pembahasan yang didapatkan masih kurang memadai sehingga diperlukan lebih
banyak lagi informasi tambahan seperti rate *olumentri, jenis dan konsentrasi.
21
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 22/32
PE*TAN=AAN
Dari Peserta )
'. %oba dijelaskan keterangan dari rumus pada koefisien pindah panas agar lebih
dimengerti para mahasis5a dalam mengerjakan soal. !$.$ubin"
+. Belaskan kembali tentang diret dan indiret dan apa ontoh dalam kehidupan
sehari-hari system gas-gas,air-air dan gas-air !1rlin 1rliani"
.aaban /
'. Koefisien pindah panasdigunakan dalam perhitungan pindah
panas kon*eksi atau perubahan fase antara air dan padat. Koefisien pindah
panas banyak dimanfaatkan dalamilmu termodinamika dan mekanika serta
teknik kimia.
'( @ panas yang masuk atau panas yang keluar, C
h @ koefisien pindah panas, C<!m+K"
) @ luas permukaan pindah panas, m+
@ perbedaan temperatur antara permukaan padat dengan luas permukaan
kontak dengan fluida, K
)ari persamaan di atas, koefisien pindah panas adalah koefisien proporsionalitas
antara fluks panas, (*+) delta t, dan perbedaan temperatur , , yang menjadi
penggerak utama perpindahan panas.
#atuan #I dari koefisien pindah panas adalah 5att per meter persegi-kel*in , C<
!m+K".
22
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 23/32
+. )iret adalah suatu metode dengan membentuk dua fasa dari satu fasa dengan
penambahan energydan ini dilakukan seara langsung
Indiret adalah suatu metode dengan penambahan substansi lain, maksud dari
substansi lain ini merupakan dilakukannya suatu proses dengan bantuan suatu
media jadi tidak dilakukan proses tersebut seara langsung.
ntuk ontoh dalam kehidupan sehari-hari&
#istem gas-gas seperti, gas elpiji ke kompor gas
#istem gas-air seperti, dipengaruhi tingkat permeasi dan keepatan pemisahan
merupakan fungsi kelarutan. $ungkin untuk kehidupan sehari-hari jarang
ditemui pada system gas-air mungkin kebanyakan ontohnya terjadi pada
industri<pabrik.#istem air-air seperti, proses dialysis adalah proses perpindahan molekul
terlarut dari suatu ampuran larutan yang terjadi akibat difusi pada membrane
semi-permeable.
23
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 24/32
Dari Kel#m'#k ke Peserta
'. #ebutkan penggunaan metoda pemisahan pada perpindahan massa antar fasa
+. #ebutkan dan jelaskan alat kontak antar umpan dan separating agentQ
. Ada / *ariabel pokok pada prinsip desain alat perpindahan massa. %oba
sebutkanQ
.aaban /
'. Penggunaan metoda pemisahan dapat berdasarkan&
Operasi perpindahan massa seara difusional
Pemisahan mekanik
Operasi pemisahan berdasarkan reaksi kimia
Kombinasi dari ara-ara pemisahan di atas
+. Alat kontak antara umpan dan separating agent dapat dikelompokkan menjadi /
yaitu&
S'ra T#er
Spray toer terdiri dari ruang terbuka dan luas pada tempat tersebut gas
mengalir dan ke dalam ruang tersebut disemprotkan airan dengan spray no!!les
atau alat yang dapat membuat butir-butir airan. %airan yang disemprotkan akan
jatuh karena gaya gra*itasinya dengan arah aliran airan dan gas berla5anan
arah.
Karena airan dalam bentuk butir-butir !tetes-tetes airan", maka luas permukaan
bidang kontak antar fasa akan makin besar. Bika ukiran butir semakin keil,
maka luas bidang kontaknya akan semakin besar.
24
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 25/32
Spray toer pada umumnya digunakan untuk proses perpindahan massa gas
yang mudah larut dalam airan, atau perpindahan massanya dikontrol oleh
tahanan fasa gasnya.
"enara 3elem(ung
$enara gelembung pada prinsipnya berla5anan dengan spray toer . Pada
menara ini, gas didispersikan ke dalam airan.6elembung gas ukup keil
sehingga kontak antar fasanya menjadi besar.
$enara gelembung digunakan dalam sistem dengan tahanan pada fasa airan
yang mengontrol keepatan perpindahan massa seara keseluruhan, Kondisi ini
terjadi untuk gas-gas yang tidak mudah larut.
"enara $engan Baan Isian / Packed Tower 0
$enara bahan isian adalah menara tegak yang diisi dengan bahan isian
! packing ".4ahan isian dapat terbuat dari keramik atau bisa juga dari batu-
batuan.6as umumnya mengalir ke atas berla5anan arah dengan aliran airan,
sehingga luas kontak antar fasa menjadi ukup besar.
$enara jenis ini dapat digunakan untuk sistem gas ( airan dimana salah
satunya atau kedua tahanannya mengontrol.
25
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 26/32
"enara $engan Plate-Plate
$enara dengan plate"plate dapat berupa bubble"cap atau sie#e trays.
Pada tiap-tiap plate, gelembung gas yang terbentuk di dasar airan dengan ara
memaksa gas mele5ati lubang-lubang yang keil. Perpindahan massa antar fasa
terjadi saat pembentukan gelembung dan saat gelembung gas mele5ati airan.
. Prinsip desain alat perpindahan massa / *ariabel pokok&
Bumlah stage kesetimbangan?
Caktu yang diperlukan
Kapasitas
1nergy yang dibutuhkan
>+NT+H S+AL
26
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 27/32
1. Konsentrasi oksigen terlarut dalam airR 4erapa konsentrasi oksigen terlarut dalam
air pada +H;K bila larutan berada dalam kesetimbangan dengan air pada tekanan
total ' atm Konstanta 3enry @ /,; N '/ atm<mole fraksi.
Penyelesaian &
Tekanan Parsiil p ) dari Oksigen !A" dalam udara @ ,+' atm
. )engan menggunakan pers.'' R
,+' @ 3NA @ /,; N '/ NA
NA @ /,; N '-2 mol fraksi
Artinya /,; N '-2 mol O+ terlarut dalam ', mol air S oksigen atau ,;0
bagian O+<' bagian air.
2. #uatu ampuran gas pada ' atm abs mengandung udara dan %O+ di kontakkan
dalam suatu single stage penampur seara kontinyu dengan air sebagai sol*en
pada +HK. 6as dan liJuid keluar berada pada kesetimbangan. 8aju alir gas
masuk ' kg.mol<jam, dengan fraksi mol %O+ RyA+@,+. 8iJuid masuk
kg<jam. 3itung jumlah dan komposisi dari kedua fase aliran yang keluar. Asumsi
air tidak menguap ke fase gas.
Penyelesaian &
)iagram seperti gambar '. aliran inert air adalah & 8?@8o @ kg mol<j. Aliran
udara D? & D? @ D!' yA" !'+"
)iperoleh & D? @ D+!' yA+" @ '!' ,+" @ ; kg mol<j
#ubstituUs ke pers.'', untuk membuat kesetimbangan %+ !A",
!'"
Pada +HK, konstanta 3ukum 3enry?s A. , 3 @ ,'/+ N '/ atm<mol frak. 3?
@3<P
3? @ ,'/+ N '/ mol frak gas<mol frak liJuid. #ubstitusi ke pers.:,
yA' @ ,'/+ N '/ NA', substituUs ke pers.. ', diperoleh & NA' @ ',/' N '-/ dan yA' @
,+.
ntuk keepatan aliran yang meninggalkan absorber R
27
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 28/32
8' @ @
D' @ @ @ ' kg mol<j
)alam soal diatas bila, larutan liJuid terlalu ener, 8 V 8'
!. )iinginkan mengabsorb HM aetone dalam udara yang mengandung 'M aeton
dlm suatu menara ounterurrent. Aliran gas masuk kg.mol<j, dan total air
murni masuk sebagai absorbent adalah H kg.mol 3+ <j. Proses di operasikan
pada keadaan isothermal K dan tekanan total '', kPa. 3ubungan
kesetimbangan aeton dalam gas dan liJuid & yA @ +,0 NA. Tentukan jumlah stage
yang dibutuhkan seara teori untuk proses operasi ini,
Penyelesaian &
)iagram proses seperti gambar '2. yAS' @ ,', NA @ , D S' @ , kg mol<j dan
8@ H, kg mol<j. Kesetimbangan material Aeton,
Bumlah aeton masuk @ yAS' D S' @ ,'!,"@ , kg mol<j
dara masuk @ !' yAS'"D S' @ !' ,'"!," @ +H,: kg mol udara<j
Aeton sisa di D' @ ,'!," @ , kg mol<j
Aeton sisa di 8 @ ,H!," @ ,+: kg mol<j
D' @ +H,: S , @ +H,: kg mol udara S aeton<j
yA' @ @ ,''
8 @ H, S ,+: @ H,+: kg mol air S aeton<j
NA @ @ ,
Aliran liJuid pada aliran masuk 8 @ H, pada aliran keluar 8 @ H,+: dan D
dari , s<d +H,:, maka slope 8n<DnS' pada garis operasi adalah konstan. 6aris
operasi bersama dengan garis kesetimbangan yA @ +,0 NA digambar sperti
gambar ':. dimulai pada titik yA', NA, maka diperoleh sekitar 0,+ stage.
28
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 29/32
,. #ebuah menara Tray akan didisain untuk mengabsorb #O+ dari aliran udara
dengan menggunakan air murni sebagai pelarutnya pada +HK !2;W". 6as masuk
mengandung + molM #O+ dan keluar To5er + mol M pada tekanan total '',
kPa. 8aju aliran udara inert adalah '0 kg udara<j.m+ dan aliran air masuk 2 kg
air<j.m+. $isalkan effisiensi $enara Tray +0M, berapa banyak tray teoritikal dan
dan sesungguhnya dibutuhkan pada proses tersebut diatas. AsumUs bah5a proses
berjalan pada +HK !+%".
Penyelesaian &
)ihitung dahulu aliran dalam molar &
D? @ @ 0,'; kg mol inert udara<j.m+
8? @ @ kg mol inert air<j.m+
$enggunakan gambar .';, y S' @ ,+, y' @ ,+ dan N @ .
#ubstitusi ke pers.+, diperoleh &
N @ ,00
#ubstitusi ke pers. ,
ntuk menggambarkan garis operasi dibutuhkan beberapa titik lagi.
)iambil ynS' @ ,: dan substitusi ke pers , diperoleh Nn @,;00, yn@' @ ,',Nn @ ,+' dst. )ata kesetimbangan dapat diperoleh dari App.A.
!!6eankopls".
#ehingga diperoleh Plate teoritis @ +,/ dan jumlah tray sesungguhnya @ +,/<,+0 @
H,2 tray.
4. #ebuah $enara Tray mengabsorbsi ethyl alkohol dari aliran gas inert
menggunakan air murni pada
K dan '', kPa.. 8aju aliran gas masuk '
29
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 30/32
kg mol<j dan mengandung +,+ mol M alkohol. )iinginkan untuk mengambil HM
alkohol. 3ubungan garis kesetimbangan adalah Ry @ mN @ ,2;N untuk aliran
ukup ener. $enggunakan ',0 N laju alir minimum, tentukan jumlah Tray yang
dibutuhkan. 6unakan penyelesaian seara grafik dan pers analitik.
Penyelesaian &
)ata yang diberikan & y'@ ,++, N+ @ , D' @ ' kg mol<j, m @ ,2;. D? @ D'!'-y'"
@'!'-,++" @ H:,; kg mol inert<j. $ole alkohol<j D' @ ' H:,; @ +,+.
$enghilangkan HM, mole<j pada gas keluar D+ @ ,'!+,+" @ ,++. D+ @ D? S
,++ @ H:,; S ,++ @ H;,+. y+ @ ,++<H;,+ @ ,++//. 6aris kesetimbangan di
plot dalam grafik N,y, dengan y+, N+, dan y'. 6aris operasi untuk aliran liJuid
minimum 8min adalah di gambar dari y+ ,N+, ke titik P, menyinggung garis
kesetimbangan dimana N'mak @ y'<m @ ,++<2; @ ,+0, substituUs ke
persamaan garis operasi !/" dan menyelesaikan nilai 8min.
8?min @ 0H,+/ kg mol<j. 6unakan ',0 N 8?min @ ',0!0H,+/" @ ;;,;2. )engan
menggunakan pers. /, untuk 8?min@;;,2; dan menyelesaikan konsentrasi keluar,
N' @ ,+';. 6aris operasi di plot sebagai garis lurus yang menyinggung titik y+,
N+, dan y', N' pada gambar +. #uatu titik intermedit dihitung dengan mengatur y @
,'+ pada pers. / dan diperoleh N @ ,':;. Plot titik ini terlihat bah5a garis
operasi enderung berbentuk garis lurus. Ini terjadi karena larutan sangat ener.
Bumlah Tray diperoleh @ /,. Total laju alir RD' @ ', D+ @ D?<!'-y+" @ H:,;!'-
,++// @ H;,+, 8+ @ 8? @ ;;,2; dan 8' @ 8R<!'-N'" @ ;;,2;<!'-,+';" @
H,;/.
ntuk menghitung jumlah tray seara Analitik, A' @ 8'<mD' @ H,;/<!,2;"!'" @
',2, A+ @ 8+<mD+ @ ;;,2;<!!,2;"!H;,+" @ ',. )engan menggunakan rata+
geometrik, A @ ',0. )engan menggunakan pers.;,
30
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 31/32
@ /,/, hampir sama dengan yang diperoleh seara grafik
31
7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa
http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 32/32
DA?TA* PUSTAKA
%hsistie B, 6eankoplis XTransport Processes )nd 0nit Operations1th edition, 'HH:.
Treyball, 2ass Trans3er Operation,$63,'H;/.
#her5ood, T.k., 9.8. Pigrof dan %.9 Cilke, Xmass Transfer, $6ro5-hill, e5 York,
'H:0
Chitman, C.6.& %hem and $et 1ng. 'H+
http&<<id.5ikipedia.org<5iki<PerpindahanZpanas
4uku Ajar Proses Absorpsi gas liJuid oleh & #ri 9edjeki