OPERASI TRANSFER MASSA

(OTM)

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Tri Widayatno

Informasi Umum Mata Kuliah : Operasi Transfer Massa (OTM)

Jumlah SKS : 3

Kode MK : TKK 207

Pengampu : Tri Widayatno, ST, M.Sc, PhD

Kontak

Email : tri.widayatno@ums.ac.id

No Hp : +6285868723271

Jadwal : Kelas A Senin 9:30 12:00

: Kelas B Senin 12:30 15:00

Kelas C Kamis

Koordinator Kelas

Tujuan dan Kompetensi

Mahasiswa memahami materi tentang dasar-

dasar 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

Ptemuan Materi Hari/Tanggal

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

Introduction, Dasar-Dasar Transfer massa dan Panas

Difusi Molekuler dan Olakan

Tutorial

Difusivitas Gas dan Cairan

Kristalisasi

Tutorial

Perhitungan Kristalisasi

Psychometric Chart

Tutorial pre-midterm exam

Ujian Tengah Semester 21 April 3 Mei 2008

Humidifikasi

Dehumidifikasi

Wetted Wall Coloumn

Cooling Tower

Pengeringan Zat Padat

Perancangan Proses pengeringan Zat Padat

Tutorial pre final exam

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)

flow = driving force resistance

In mass transfer,

The driving force:

The resistance:

Tinggi

rendah

driving

force

Apa yang terjadi jika sebotol

parfum di buka di tengah ruangan?

Transfer massa?

c1

c2

x

Bagaimana Transfer Massa

terjadi?

Molecular movement

Ficks Law:

jA

x

cDj AABA

jA = flux A melalui B

lb/h/ft2, kg/s/m2

DAB = diffusivitas A melalui B

in2/s, m2/s

cA = Konsentrasi (kg/m3)

Diffusi

Konveksi

Modes of Mass Transfer

jA

Diffusi

Konveksi

jA

Mass (water) moving from fluid-

to-surface or surface-to-fluid.

)cc(hj surf ace,Af luid,AmA

jA = flux of A through B

hm = convective mass

transfer coefficient

in/sec, mm/s

increases with fluid velocity

vfluid, cfluid

csurf

Modes of Mass Transfer

Condensation when

cfluid,bulk > cfluid,surface

Tair,dewpoint > Tproduct, surface

jA jA vfluid, cfluid

Diffusion

Convection

Evaporation when

cfluid,bulk < cfluid,surface

Tair,dewpoint < Tproduct, surface

cfluid,surface is related

(but not equal) to cproduct,surface

and Tproduct,surface

csurf

Modes of Mass Transfer

Condensation & evaporation

also result in heat transfer, due

to latent heat of vaporization.

q=h(Tair-Tsurf)+hmv(cair-csurf)

convection condens./evap.

The driving forces (T, c)

vary down the process.

The resistances (h, hm) are

relatively constant.

Latent heat:

2,070 kJ/kg

898 Btu/lb

jA vfluid, cfluid

Diffusion

Convection

csurf

Summary

Trnasfer Massa (oil, water, etc.) mengalir

downhill (dari konsentrasi tinggi ke rendah).

flow = driving force resistance

High

Low

driving

force

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

Catatan :

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.

Teknik Kimia ------- Unit Operasi..non reaksi

Perubahan Konsentrasi ( pemisahan menjadi komponen)

Perpindahan massa

POSISI DAN SCOPE OPERASI

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

Perpindahan massa di berbagai alat dan didukung ilmu teknik dasar

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 gascair : 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 engineers 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 4 variabel pokok : -Jumlah stage kesetimbangan

-Waktu yang diperlukan

-Kapasitas

-Energi yang dibutuhkan

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

A

AA

MC

cairanvolumeAmol

cairanvolumeAgram

A mol gramAgram

TR

P

V

nC AAA

Konsentrasi Cairan

CA : konsentrasi molar A,

: konsentrasi massa A,

MA : Berat Molekul A,

Gas

CA : konsentrasi molar A

nA : jumlah mol A

V : volume gas

PA : tekanan parsial A

T : suhu

R : konstanta gas ideal

A

Fluks

Banyaknya massa suatu komponen (bisa dalam

satuan massa maupun satuan mol) yang

melintasi satu satuan luas permukaan tiap satuan

waktu.

Hukum Fick :