OPERASI TRANSFER MASSA (OTM) Tri Widayatno
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Informasi Umum
Mata Kuliah
: Operasi Transfer Massa (OTM)
Jumlah SKS
:3
Kode MK : TKK 207
Pengampu: Tri Widayatno, ST, M.Sc, PhD
Kontak
Email
:
[email protected] [email protected]
No Hp
: +6285868723271 +62858687232 71
Jadwal
: Kelas A Senin 9:30 – 9:30 – 12:00 12:00 : Kelas B Senin 12:30 – 12:30 –15:00 15:00 Kelas C Kamis
Koordinator Kelas
Tujuan dan Kompetensi
Mahasiswa memahami materi tentang dasardasar transfer massa
Mahasiswa mampu mengaplikasikan dalam perhitungan alat-alat industri yang didasarkan pada proses perpindahan massa
Pendahuluan
Latar Belakang
Proses Pemisahan merupakan salah satu inti dalam bidang teknik kimia
Proses Pemisahan digunakan pada pemurnian bahan baku maupun produk
Proses pemisahan sebagian besar menggunakan operasi-operasi berbasis transfer massa
Materi Materi
P’temuan 1.
Introduction, Dasar-Dasar Transfer massa dan Panas
2.
Difusi Molekuler dan Olakan
3.
Tutorial
4.
Difusivitas Gas dan Cairan
5.
Kristalisasi
6.
Tutorial
7.
Perhitungan Kristalisasi
8.
Psychometric Chart
9.
Tutorial pre-midterm exam Ujian Tengah Semester 21 April – 3 Mei 2008
10.
Humidifikasi
11.
Dehumidifikasi
12.
Wetted Wall Coloumn
13.
Cooling Tower
14.
Pengeringan Zat Padat
15.
Perancangan Proses pengeringan Zat Padat
16.
Tutorial pre final exam
Hari/Tanggal
Pustaka
Treybal, R.E., 1981, Mass Transfer Operations , 3rd ed., McGraw Hill Co. Inc., New York
Mc. Cabe, W.L., Smith, J.C., and Harriot, P., 1985, Unit Operations of Chemical Engineering , 4th ed. Mc Graw Hill, Singapore.
Brown, G. G., 1950, Unit Operation, John Wiley and Sons Inc., New York.
Harjono, “Operasi Teknik Kimia II”, Teknik Kimia UGM
Evaluasi
Assignment/homework : 25 %
Midterm Exam
: 30 %
Final Exam
: 40 %
Attendance(Mandatory > 75 %) : 5 % :
Overview of Mass Transfer & Heat Transfer
Some Basic Principles (Mass) Tinggi driving force rendah
flow = “driving force” “resistance” In mass transfer ,
The driving force:
The resistance:
Apa yang terjadi jika sebotol parfum di buka di tengah ruangan? Transfer massa?
Bagaimana Transfer Massa terjadi?
Diffusi
Molecular movement
Konveksi
Fick’s Law:
j A •
jA c2
•
x
lb/h/ft2, kg/s/m2
D AB = diffusivitas “A” melalui “B” •
•
x
j A = flux “ A” melalui “B” •
c1
D AB
c A
in2/s, m2/s
c A = Konsentrasi (kg/m3)
Modes of Mass Transfer
Diffusi
Konveksi
Mass (water) moving from fluidto-surface or surface-to-fluid.
j A vfluid, cfluid
jA csurf
hm (c A,fluid c A,surf ace)
•
j A = flux of “A” through “B”
•
hm = convective mass transfer coefficient •
in/sec, mm/s
•
increases with fluid velocity
Modes of Mass Transfer
Diffusion
Convection
Condensation when
cfluid,bulk > cfluid,surface
Tair,dewpoint > Tproduct, surface
vfluid, cfluid
jA csurf
Evaporation when
cfluid,bulk < cfluid,surface
Tair,dewpoint < Tproduct, surface
cfluid,surface is related (but not equal) to c product,surface and Tproduct,surface
Modes of Mass Transfer
Diffusion
Convection
vfluid, cfluid
Condensation & evaporation also result in heat transfer , due to latent heat of vaporization.
q=h(Tair -Tsurf )+hmv(cair -csurf )
jA csurf
Latent
convection
The driving forces ( T, c) vary down the process.
The resistances (h, h m) are relatively constant.
heat:
2,070 898
kJ/kg
Btu/lb
condens./evap.
Summary
Trnasfer Massa (oil, water, etc.) mengalir “downhill” (dari konsentrasi tinggi ke rendah).
High
Low
flow = “driving force”
driving force
“resistance”
Dasar-Dasar Transfer Massa
Arti Penting
Transfer massa merupakan salah satu Chemical Engineering Tools, yang merupakan konsep-konsep fundamental dalam menyelesaikan tugas TK.
Chemical Engineering Tools :
1. Neraca Massa, 2. Neraca Panas, 3. Proses-proses Transfer, 4. keseimbangan, 5. ekonomi, 6. humanitas.
Definisi Teknik kimia ada bagian menyangkut operasi tanpa reaksi kimia. Subyek ini dikelompokkan OPERASI TEKNIK KIMIA (UNIT OPERATION) Dalam Bagian ini, perbedaan konsentrasi sebagai driving force. Perpindahan massa adalah bagian dari proses ini. Ada juga pemisahan menjadi komponen terjadi bukan karena perbedaan konsentrasi tetapi akibat perbedaan sifat fisik. Contoh pemisahan menjadi komponen ialah : filtrasi dan screening (akibat perbedaan ukuran, dekantasi (perbedaan berat jenis) Teknik Kimia
unit
operasi (non reaksi) driving force : perbedaan konsentrasi ............PERPINDAHAN MASSA
Proses Pemisahan:
1.
Pemisahan secara Fisis-mekanik: pemisahan berdasar perbedaan densitas dan ukuran partikel. Misal: Filtrasi, Screening
2.
Pemisahan dengan operasi transfer massa, melibatkan perubahan komposisi larutan dan berdasar pada perbedaan tekanan uap, kelarutan, konsentrasi
Transfer massa: Gerakan molekul dari elemen fluida yang disebabkan adanya gaya pendorong yang bisa berupa perbedaan konsentrasi, kelarutan, tekanan uap. Misal: difusi dan transfer massa konveksi
C a t at a n :
Transport massa ≠ Transfer massa
Contoh : mengalirnya air PAM dalam pipa-pipa air bukan termasuk transfer massa, tetapi transportasi fluida.
Dinamika system mempengaruhi kecepatan transfer massa
Contoh : pelarutan gula dengan diaduk dalam air panas berlangsung jauh lebih cepat.
Tugas: berilah contoh 5 (lima) peristiwa difusi yang anda jumpai di sekitar anda.
Tugas : berilah contoh 5(lima) peritiwa difusi di industri kimia, sebutkan solut dan solvent serta alat yang digunakan.
POSISI DAN SCOPE OPERASI PERPINDAHAN MASSA Teknik Kimia ------- Unit Operasi……..non reaksi
Perubahan Konsentrasi ( pemisahan menjadi komponen)
Perpindahan massa
Operasi Perpindahan massa: perpindahan skala mikro yang disebabkan oleh perbedaan konsentrasi, bukan pemisahan menjadi komponen (secara mekanik) : - Filtrasi - Screening - Perbedaan densitas
Posisi Mata Kuliah Perpindahan Massa Pada Kurikulum -Basic Engineering : Matematika, Fisika dll -NME -Transport Phenomena -Perpindahan massa -Perancangan Alat -Perancangan Pabrik
Ilmu teknik kimia merupakan aplikasi dari ilmu kimia dengan kompetensi utama berupa kemampuan untuk merancang sebuah produk serta proses produksi dengan segala aspeknya . Kemampuan perancangan pabrik didukung oleh pengetahuan
Implementasi di Industri Operasi perpindahan massa banyak diimplementasikan pada proses pemisahan yang merupakan faktor sangat penting di industri Proses pemisahan di industri : - purifikasi bahan baku dan produk - bagian cost produksi tertinggi
Contoh : biaya proses purifikasi alkohol Variabel yang vital dalam proses pemisahan : beda konsentrasi awal-akhir
Karakter Proses perpindahan massa Merupakan proses perpindahan dalam skala molekul yang diakibatkan perbedaan konsentrasi Contoh : Pemisahan air dari larutan alkohol. Pada sistem pemisahan tjd aliran uap air akibat perbedaan konsentrasi >< aliran air dalam pipa karena tekanan pompa
Klasifikasi Perpindahan Massa Campuran 2 fasa Dalam perpindahan massa, harus melibatkan lebih dari satu komponen Pada proses ini, kedua komponen larut sempurna pd setiap perbandingan Kontak antara 2 fasa menyebabkan terjadinya difusi antar masing2 komponen dan menyebabkan hasil separasi yang selalu tidak sempurna Sistem campuran pada operasi perpindahan massa Sistem gas-gas dan padat-padat: tidak terjadi dua fasa Sistem gas – cair : semua komponen harus terdistribusi pada ke dua fasa pemisahan dapat menggunakan metode distilasi atau teknik lainnya seperti : absorbsi >< desorbsi humidifikasi >< de humidifikasi Sistem gas-padat : menyangkut proses adsorbsi/desorbsi Sistem cair-cair : proses ekstraksi Cair-padat : proses kristalisasi
Pemisahan menggunakan Membran Sistem gas-gas : menggunakan membran micropore kecematan pemisahan merupakan fungsi dimensi molekul Sistem gas – cair : dipengaruhi tingkat permeasi kecepatan pemisahan mrpk fungsi kelarutan Sistem cair-cair : proses dialisis
Sistem pemisahan yang lain : -kontak langsung fasa tercampur -Pemanfaatan sifat permukaan
Bagaimana seorang chemical engineer’s memilih metode pemisahan? -Tentukan semua metode yang mungkin -Pilih metode yang paling ekonomis, terutama berdasarkan : sifat fisika komponen dan kemudahan di handling Pilihan ini adalah : - sebagai pilihan awal - penentu utamanya adalah cost - hrs di realisasikan shg terbukti sbg pilihan tepat Kelebihan proses pemisahan berdasarkan perpindahan massa : komponen didapatkan dlm keadaan semula Pemisahan secara kimiawi : berubah menjadi senyawa lain
Beberapa contoh pemisahan di industri : -Mineral dari ore :mass trans op (MO)=leaching, mekanik (ME)=flotation -Minyak dari biji2an : leaching -Gas dari campuran gas : adsorbsi/absorbsi, distilasi -Air dari larutan etanol : distilasi, kombinasi reaksi dan MO (NaOH) -H2S dan gas : absorbsi dgn atau tanpa reaksi kimia
Jenis dan Kondisi Operasi Perpindahan Massa Direct : metode dengan membentuk dua fasa dari 1 fasa dengan penambahan energi Indirect : metode dengan penambahan substansi lain Steady state operation : konsentrasi pd setiap posisi sama setiap waktu Unsteady state : >< steady state Stagewise operation : aliran fasa ke sistem tidak kontinyu Continuous operation : aliran fasa ke dan dari sistem kontinyu Prinsip disain alat perpindahan massa -Jumlah stage kesetimbangan -Waktu yang diperlukan -Kapasitas -Energi yang dibutuhkan
4
variabel pokok :
Jenis Separasi :
- Evaporation - Distillation - Extraction - Leaching - Membrane Separation - Absorption
Distilasi : pemisahan yang didasarkan pada terjadinya distribusi substansi pada fasa gas-cair -Distribusi substansi yang terjadi adalah akibat perbedaan votality -Semua komponen terdapat pada kedua fasa -Apa perbedaan distilasi dengan evaporasi, ekstraksi, leaching dan absorbsi?
TUGAS 1 TENTUKAN 1. JUMLAH MINIMAL PROSES PEMISAHAN PADA INDUSTRI PUPUK UREA 2. JENIS PROSES PEMISAHAN YG DIPERLUKAN
Terminologi Konsentrasi Cairan
CA
A
MA
Gas
CA
nA V
PA R T
C A
: konsentrasi molar A,
A
: konsentrasi massa A,
M A
: Berat Molekul A,
C A n A V P A T R
mol A volume cairan
gram A volume cairan
gram A
: konsentrasi molar A : jumlah mol A : volume gas : tekanan parsial A : suhu : konstanta gas ideal
gram mol A
Fluks
Banyaknya massa suatu komponen (bisa dalam satuan massa maupun satuan mol) yang melintasi satu satuan luas permukaan tiap satuan waktu.
Hukum Fick :
