5. Perpindahan massa antar fasa keadaan tunak

Balik ke – 4. Perpindahan panas dan massa konvektif

Perpindahan massa dari satu fasa ke fasa yang lain merupakan peristiwa yang penting dalam banyak proses. Proses pengeringan berlangsung dengan adanya perpindahan molekul air dari fasa cair atau bahan basah ke fasa gas (biasanya udara). Aerasi dalam kolam pengolahan air limbah terdiri atas perpindahan oksigen yang ada di udara ke air limbah cair dimana oksigen menjadi terlarut. Ekstraksi cair-cair didasarkan pada perpindahan zat terlarut dari satu pelarut cair ke pelarut cair lain.

Sebuah model yang berguna dalam analisis peristiwa perpindahan massa antar fasa adalah model dua selaput, yang dirumuskan oleh Lewis dan Whitman pada tahun 1924. Model tersebut diturunkan sehubungan dengan peristiwa adsorpsi gas. Asumsi yang digunakan dalam model tersebut adalah bahwa ada dua selaput diam atau laminar, masing-masing pada salah satu sisi batas (antarmuka) antara kedua fasa. Kedua fasa tersebut bisa berupa gas dan cair atau dua cairan yang tidak saling larut. Gaya penggerak yang menyebabkan senyawa berpindah dari satu fasa ke fasa lain adalah beda konsentrasi atau tekanan parsial.

Asumsi pada model dua selaput adalah:

  • Masing-masing selaput memiliki hambatan perpindahan sehingga penurunan total konsentrasi atau tekanan parsial terjadi dalam kedua nya.
  • Kedua fasa berada pada kesetimbangan pada antarmuka.
  • Akumulasi pada antarmuka adala nol.

Gambar 1 menunjukkan profil konsentrasi atau tekanan parsial sepanjang dua fasa yang bersentuhan menurut model dua selaput. Anggap bahwa zat A berpindah dari gas ke cair. Pada keadaan tunak, flux A dari gas ke antarmuka sama dengan flux dari antarmuka ke cairan:

Gambar 1. Perpindahan massa antar muka.

(1)

dimana kg dan kL adalah berturut-turut koefisien perpindahan massa selaput gas dan cair, pA,g dan pA,i adalah tekanan parsial A pada gas dan antarmuka, dan CA,L dan CA,i adalah konsentrasi A dalam cairan dan pada antarmuka.

Karena kesetimbangan pada antarmuka, CA,i dan pA,i saling berhubungan dengan fungsi kesetimbangan yang relevan. Sebagai contoh, untuk larutan encer gas dalam cair (mis.: CO2 dalam air) dapat digunakan persamaan Henry:

(2)

dimana pA,i adalah tekanan parsial gas A, CA,i adalah konsentrasi jenuh (kelarutan) gas A dalam fasa cair dan H tetapan Henry. Jika tekanan parsial dalam atm dan konsentrasi dalam M, maka satuan konstanta Henry adalah M/atm.

Perpindahan massa keseluruhan didorong oleh penurunan total konsentrasi melalui kedua selaput. Didasarkan pada selaput pada fasa gas, dan koefisien perpindahan massa keseluruhan didefinisikan sebagai Kg, maka flux A melalui selaput dapat dinyatakan sebagai:

(3)

Jika didasarkan pada sisi cairan dengan koefisien perpindahan massa keseluruhan didefinisikan sebagai KL, flux senyawa A dapat ditulis sebagai:

(4)

Hambatan total sama dengan jumlah hambatan dari dua selaput:

(5)

Seringkali, satu sisi hambatan jauh lebih besar daripada sisi yang lain. Anggap, sebagai contoh, hambatan untuk perpindahan A dalam gas jauh lebih kecil daripada dalam cair, dengan kata lain, kg >>> kL. Dalam hal ini

(6)

Persamaan yang dikembangkan di atas hanya berlaku dalam kasus pasangan cair-gas yang mengikuti hukum Henry. Jika tidak, fungsi kesetimbangan atau data percobaan yang lebih presisi seperti sorbsi isothermis harus digunakan.

Categories:

2 Comments

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s