OPERASI TEKNIK KIMIA 2
OPERASI TEKNIK KIMIA 2
MATERI
PERPIINDAHAN MASSA DIFUSI
PERPIINDAHAN MASSA ABSORBSI
PERPIINDAHAN MASSA EKSTRAKSI
PERPIINDAHAN MASSA DISTILASI
BAB I PERPINDAHAN MASSA DIFUSI
Difusi adalah peristiwa mengalirnya atau berpindahnya suatuzatdalam pelarut
daribagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Perbedaan
konsentrasiyang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi. Difusi merupakan salah
satu peristiwaperpindahan massa yang prosesnya sering juga dilakukan dalam industriindustri. Proses difusi minimal melibatkan dua zat, salah satu zat berkonsentrasi lebih tinggi
daripada zatlainnya atau dapat dikatakan dalam kondisi belum setimbang, Keadaan ini dapat
menjadi driving force dari proses difusi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel
tersebar luassecara merata atau mencapai keadaankesetimbangandimana perpindahan molekul
tetapterjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi. Difusi adalah peristiwa mengalirnya
atau berpindahnya suatuzatdalam pelarut daribagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang
berkonsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasiyang ada pada dua larutan disebut gradien
konsentrasi. Difusi merupakan salah satu peristiwaperpindahan massa yang prosesnya sering
juga dilakukan dalam industri-industri. Proses difusi minimal melibatkan dua zat, salah satu
zat berkonsentrasi lebih tinggi daripada zatlainnya atau dapat dikatakan dalam kondisi belum
setimbang, Keadaan ini dapat menjadi driving force dari proses difusi. Difusi akan terus
terjadi
hingga
seluruh
partikel
tersebar
luassecara
merata
atau
mencapai
keadaankesetimbangandimana perpindahan molekul tetapterjadi walaupun tidak ada
perbedaan konsentrasi. Contoh yang sederhana adalahuap airdari cerek yang berdifusi dalam
udara.Lambat laun cairan menjadi manis. Contoh lainadalah pemberian gulapada cairan teh
tawar. Difusi yang paling sering terjadi adalah difusimolekuler. Difusi ini terjadi jika
terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekulyang diam dari solid atau
fluida.Pada percobaan ini, yang diteliti ialah proses difusi gas cair dan proses difusi cair-cair.
Pada percobaan ini digunakan cairan aseton dengan variasi temperature untuk mengetahui
pengaruhnya terhadap proses difusi. Untuk difusi gas cair digunakan cairan yangmudah
menguap sehingga proses difusi mudah untuk dilihat. Pada difusi cair-cair digunakanlarutan
yang mudah terurai ion-ionnya di dalam air sehingga proses difusi mudah untuk diamati.
Pada percobaan ini dilakukan variasi konsentrasi untuk mengetahui pengaruhnyaterhadap
proses difusi. Variasi ini dilakukan agar diperoleh suatu perbandingan dari keduavariasi
tersebut serta pengaruhnya terhadap koefisien difusi.
Proses difusi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu zat dimana massa
dapatberpindah dari kondisi dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perpindahan
massadapat terjadi dalam fasa gas maupun cair. Peristiwa difusi berakhir jika telah
mencapaikeadaan
setimbang
antara
dua
keadaan
(pada
keadaan
sebelumnya
terdapat
perbedaankonsentrasi sehingga keadaan belum setimbang). Proses difusi dapat terusmenerusberlangsung jika perbedaan konsentrasi antara dua kondisi dipertahankan. Hal ini
dapatdilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan tempat akan berdifusinya
suatumolekul secara terus menerus. Proses difusi akan berhenti jika kondisi dari dua fluida
sudahsama atau setimbang.Difusi merupakan proses perpindahan atau pergerakan molekul
zat atau gas darikonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi melalui membran dapat
berlangsung melaluitiga mekanisme, yaitu difusi sederhana (simple difusion),difusi melalui
saluran yangterbentuk oleh protein trans membran (simple difusion by chanel formed ), dan
difusidifasilitasi ( fasiliated difusion). Difusi melalui membran berlangsung karena molekulmolekul yang berpindah atau bergerak melalui membran bersifat larut dalam lemak
( lipid )sehingga dapat menembus lipid bilayer pada membran secara langsung. Membran
selpermeabel terhadap molekul larut lemak seperti hormon steroid, vitamin A, D, E, dan K
sertabahan-bahan organik yang larut dalam lemak, Selain itu, membran sel juga sangat
permeabel terhadap molekul anorganik seperti O, CO2, OH, dan H2O. Beberapa molekul
kecil khususyang terlarut dalam serta ion-ion tertentu, dapat menembus membran melalui.
Saluran initerbentuk dari protein transmembran, semacam pori dengan diameter tertentu yang
memungkinkan molekul dengan diameter lebih kecil dari diameter pori tersebut dapat
melaluinya. Sementara itu, molekul – molekul berukuran besar seperti asam amino,
glukosa,dan beberapa garam – garam mineral, tidak dapat menembus membrane secara
langsung,tetapi memerlukan protein pembawa atau transporter untuk dapat menembus
membran. Proses masuknya molekul besar yang melibatkan transporter dinamakan
difusidifasilitasi, yaitu pelaluan zat melalui rnembran plasma yang melibatkan protein
pembawa atau protein transporter. Protein transporter tergolong protein transmembran yang
memilik tempat perlekatan terhadap ion atau molekul yang akan ditransfer ke dalam sel.
Setiap molekul atau ion memiliki protein transporter yang khusus, misalnya untuk pelaluan
suatumolekul glukosa diperlukan protein transporter yang khusus untuk mentransfer glukosa
kedalam sel. Protein transporter untuk glukosa banyak ditemukan pada sel-sel rangka,
otot jantung, sel-sel lemak dan sel-sel hati, karena sel – sel tersebut selalu membutuhkan
glukosa untuk diubah menjadi energi.Walaupun penyebab difusi umumnya karena gradien
konsentrasi,tetapi difusi dapat juga terjadi karena gradien tekanan, karena gradien suhu, atau
karena medan gaya yang diterapkan dari luar seperti pada pemisah sentrifugal. Difusi
molekuler yang terjadi karena gradien tekanan (bukan tekanan parsial) disebut difusi tekanan
pressure diffusion), yang disebabkan karena gradien suhu disebut difusi termal (thermal
diffusion), sedangkan yang disebabkan oleh medan gaya dari luar disebut difusi paksa ( forced
diffusion).Terdapat beberapa faktor yang memengaruhi kecepatan difusi, yaitu :
Ukuran partikel
Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan bergerak, sehinggak kecepatan
difusi semakin tinggi.
Ketebalan membran
Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi.
Luas suatu area
Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya.
Jarak
Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya.
Suhu
Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih cepat.Maka,
semakin cepat pula kecepatan difusinya.
Difusi molekular dapat didefinisikan sebagai perpindahan atau pergerakan suatumolekul
melewati suatu fluida dengan pergerakan yang acak. Dapat dibayangkan suatumolekul yang
bergerak lurus dan kemudian akan bergerak dengan acak akibat tabrakandengan molekul
yang lain. Karena pergerakan melekul berlangsung dalam gerakan acak,maka pergerakan
molekul sering disebut sebagai Random-Walk Process. Difusi molekularmerupakan
perpindahan suatu molekul melalui suatu fluida dengan pergerakan yang acak dalam fluida
diam atau dalam fluida yang mengalir secara laminer. Suatu molekul yangbergerak lurus
kemudian akan bergerak secara acak karena bertabrakan dengan molekul yang lain,
pergerakan molekul seperti ini disebut Random-Walk Process. Laju difusi dapat dinaikkan
dengan cara pengadukan sehingga kondisi kesetimbangan dapat lebih cepat tercapai Peristiwa lain yang
juga termasuk sebagai peristiwa difusi adalah tinta biru yangditeteskan dalam air bening.
Tinta akan berdifusi perlahan-lahan ke seluruh bagian air hinggadiperoleh kondisi
kesetimbangan (tidak adanya gradien konsentrasi). Untuk menaikkan lajudifusi dapat
dilakukan pengadukan, sehingga kondisi kesetimbanga dapat lebih cepat dicapai.Difusi tidak
terbatas hanya pada perpindahan lapisan stagnant (diam) zat padat atau zat cairsaja. Difusi
juga terjadi dalam fase fluida pencampuran fisika dan pusaran Eddy aliranturbulen, sama
seperti aliran kalor dalam fluida dapat terjadi karena konveksi. Peristiwa inidisebut difusi
pusaran ( Eddy diffusion).Pada fluida yang mengandung banyak komponen yang akan
berdifusi dalam keadaandiam berlaku hukum Frick untuk campuran antara hukum A dan
B,yaitu
HUKUM DIFUSI FICK
Fluks, berbanding lurus dengan gradien
konsentrasi, dC/dx:
_ D = koefisien difusi (cm2/det)
_ C = konsentrasi (g/cm3)
_ x = jarak (cm)
Tanda negatif pada persamaan menandakan bahwa difusi terjadi dalam arah yang
berlawanandengan kenaikan konsentrasi (arah x positif).
Jadi difusi terjadi dalam arah penurunan konsentrasi difusan _fluks selalu bernilai positif.
Difusi akan berhenti jika tidak terdapat lagi gradien konsentrasi (jika dC/dx = 0).
Meskipun koefisien difusi (D) tampak seperti suatu konstanta perbandingan, koefisien ini
biasanya tidak tetap konstan seperti konstanta pada umumnya.
D dipengaruhi oleh konsentrasi, suhu, tekanan,
sifat pelarut, dan sifat kimia difusan.
Transfer massa merupakan salah satu Chemical Engineering Tools, yang merupakan konsepkonsep atau prinsip-prinsip seorang TK dalam menyelesaikan tugasnya.
Chemical Engineering Tools :
1. Neraca Massa,
2. Neraca Panas,
3. Proses-proses Transfer,
4. keseimbangan,
5. ekonomi,
6. humanitas.
Proses-proses transfer di bidang TK meliputi :
A. FISIS
1. transfer momentum
Dijumpai di kasus aliran fluida, pencampuran, sedimentasi dan filtrasi.
2. transfer panas
Dijumpai pada alat-alat pertukaran panas, distilasi, dan pengeringan.
3. transfer massa
Dijumpai pada alat-alat distilasi, pengeringan, ekstraksi, absorbsi,
adsorpsi, stripping dan membran.
B. KIMIA, yaitu kecepatan reaksi kimia.
Mengapa transfer massa perlu dipelajari?
Peristiwa perpindahan massa atau transfer massa atau difusi banyak dijumpai di dalam
kehidupan sehari-hari, di dalam ilmu pengetahuan dan di industri.
Contoh peristiwa transfer massa adalah:
_ larutnya kristal gula dalam air, artinya komponen gula mendifusi ke
fase air.
_ larutnya kopi ke dalam air,
_ terjerapnya zat beracun ke dalam arang,_ larutnya oksigen ke dalam darah,
_ Pada proses fermentasi, nutrisi dan oksigen yang terlarut dalam larutan mendifusi ke
mikroorganisme,
_ Pengambilan uranium dari batuan, dengan cara ekstraksi menggunakan pelarut organik,
misal heksan.
_ Penghilangan logam berbahaya dari limbah cair menggunakan
adsorben, dll.
Di Industri, pemisahan komponen-komponen dari campurannya menggunakan alat transfer
massa seperti absorbsi, distilasi terjadi karena adanya transfer massa.
Kondisi optimum suatu proses dapat ditentukan jika mekanisme dalam
peristiwa transfer massa diketahui.
Apa saja yang dapat mempercepat pelarutan gula? Bagaimana suatu industri minuman
melarutkan gula dalam jumlah banyak? Mengapa kain basah yang dijemur dapat kering?
MATERI
PERPIINDAHAN MASSA DIFUSI
PERPIINDAHAN MASSA ABSORBSI
PERPIINDAHAN MASSA EKSTRAKSI
PERPIINDAHAN MASSA DISTILASI
BAB I PERPINDAHAN MASSA DIFUSI
Difusi adalah peristiwa mengalirnya atau berpindahnya suatuzatdalam pelarut
daribagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Perbedaan
konsentrasiyang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi. Difusi merupakan salah
satu peristiwaperpindahan massa yang prosesnya sering juga dilakukan dalam industriindustri. Proses difusi minimal melibatkan dua zat, salah satu zat berkonsentrasi lebih tinggi
daripada zatlainnya atau dapat dikatakan dalam kondisi belum setimbang, Keadaan ini dapat
menjadi driving force dari proses difusi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel
tersebar luassecara merata atau mencapai keadaankesetimbangandimana perpindahan molekul
tetapterjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi. Difusi adalah peristiwa mengalirnya
atau berpindahnya suatuzatdalam pelarut daribagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang
berkonsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasiyang ada pada dua larutan disebut gradien
konsentrasi. Difusi merupakan salah satu peristiwaperpindahan massa yang prosesnya sering
juga dilakukan dalam industri-industri. Proses difusi minimal melibatkan dua zat, salah satu
zat berkonsentrasi lebih tinggi daripada zatlainnya atau dapat dikatakan dalam kondisi belum
setimbang, Keadaan ini dapat menjadi driving force dari proses difusi. Difusi akan terus
terjadi
hingga
seluruh
partikel
tersebar
luassecara
merata
atau
mencapai
keadaankesetimbangandimana perpindahan molekul tetapterjadi walaupun tidak ada
perbedaan konsentrasi. Contoh yang sederhana adalahuap airdari cerek yang berdifusi dalam
udara.Lambat laun cairan menjadi manis. Contoh lainadalah pemberian gulapada cairan teh
tawar. Difusi yang paling sering terjadi adalah difusimolekuler. Difusi ini terjadi jika
terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekulyang diam dari solid atau
fluida.Pada percobaan ini, yang diteliti ialah proses difusi gas cair dan proses difusi cair-cair.
Pada percobaan ini digunakan cairan aseton dengan variasi temperature untuk mengetahui
pengaruhnya terhadap proses difusi. Untuk difusi gas cair digunakan cairan yangmudah
menguap sehingga proses difusi mudah untuk dilihat. Pada difusi cair-cair digunakanlarutan
yang mudah terurai ion-ionnya di dalam air sehingga proses difusi mudah untuk diamati.
Pada percobaan ini dilakukan variasi konsentrasi untuk mengetahui pengaruhnyaterhadap
proses difusi. Variasi ini dilakukan agar diperoleh suatu perbandingan dari keduavariasi
tersebut serta pengaruhnya terhadap koefisien difusi.
Proses difusi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu zat dimana massa
dapatberpindah dari kondisi dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perpindahan
massadapat terjadi dalam fasa gas maupun cair. Peristiwa difusi berakhir jika telah
mencapaikeadaan
setimbang
antara
dua
keadaan
(pada
keadaan
sebelumnya
terdapat
perbedaankonsentrasi sehingga keadaan belum setimbang). Proses difusi dapat terusmenerusberlangsung jika perbedaan konsentrasi antara dua kondisi dipertahankan. Hal ini
dapatdilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan tempat akan berdifusinya
suatumolekul secara terus menerus. Proses difusi akan berhenti jika kondisi dari dua fluida
sudahsama atau setimbang.Difusi merupakan proses perpindahan atau pergerakan molekul
zat atau gas darikonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi melalui membran dapat
berlangsung melaluitiga mekanisme, yaitu difusi sederhana (simple difusion),difusi melalui
saluran yangterbentuk oleh protein trans membran (simple difusion by chanel formed ), dan
difusidifasilitasi ( fasiliated difusion). Difusi melalui membran berlangsung karena molekulmolekul yang berpindah atau bergerak melalui membran bersifat larut dalam lemak
( lipid )sehingga dapat menembus lipid bilayer pada membran secara langsung. Membran
selpermeabel terhadap molekul larut lemak seperti hormon steroid, vitamin A, D, E, dan K
sertabahan-bahan organik yang larut dalam lemak, Selain itu, membran sel juga sangat
permeabel terhadap molekul anorganik seperti O, CO2, OH, dan H2O. Beberapa molekul
kecil khususyang terlarut dalam serta ion-ion tertentu, dapat menembus membran melalui.
Saluran initerbentuk dari protein transmembran, semacam pori dengan diameter tertentu yang
memungkinkan molekul dengan diameter lebih kecil dari diameter pori tersebut dapat
melaluinya. Sementara itu, molekul – molekul berukuran besar seperti asam amino,
glukosa,dan beberapa garam – garam mineral, tidak dapat menembus membrane secara
langsung,tetapi memerlukan protein pembawa atau transporter untuk dapat menembus
membran. Proses masuknya molekul besar yang melibatkan transporter dinamakan
difusidifasilitasi, yaitu pelaluan zat melalui rnembran plasma yang melibatkan protein
pembawa atau protein transporter. Protein transporter tergolong protein transmembran yang
memilik tempat perlekatan terhadap ion atau molekul yang akan ditransfer ke dalam sel.
Setiap molekul atau ion memiliki protein transporter yang khusus, misalnya untuk pelaluan
suatumolekul glukosa diperlukan protein transporter yang khusus untuk mentransfer glukosa
kedalam sel. Protein transporter untuk glukosa banyak ditemukan pada sel-sel rangka,
otot jantung, sel-sel lemak dan sel-sel hati, karena sel – sel tersebut selalu membutuhkan
glukosa untuk diubah menjadi energi.Walaupun penyebab difusi umumnya karena gradien
konsentrasi,tetapi difusi dapat juga terjadi karena gradien tekanan, karena gradien suhu, atau
karena medan gaya yang diterapkan dari luar seperti pada pemisah sentrifugal. Difusi
molekuler yang terjadi karena gradien tekanan (bukan tekanan parsial) disebut difusi tekanan
pressure diffusion), yang disebabkan karena gradien suhu disebut difusi termal (thermal
diffusion), sedangkan yang disebabkan oleh medan gaya dari luar disebut difusi paksa ( forced
diffusion).Terdapat beberapa faktor yang memengaruhi kecepatan difusi, yaitu :
Ukuran partikel
Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan bergerak, sehinggak kecepatan
difusi semakin tinggi.
Ketebalan membran
Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi.
Luas suatu area
Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya.
Jarak
Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya.
Suhu
Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih cepat.Maka,
semakin cepat pula kecepatan difusinya.
Difusi molekular dapat didefinisikan sebagai perpindahan atau pergerakan suatumolekul
melewati suatu fluida dengan pergerakan yang acak. Dapat dibayangkan suatumolekul yang
bergerak lurus dan kemudian akan bergerak dengan acak akibat tabrakandengan molekul
yang lain. Karena pergerakan melekul berlangsung dalam gerakan acak,maka pergerakan
molekul sering disebut sebagai Random-Walk Process. Difusi molekularmerupakan
perpindahan suatu molekul melalui suatu fluida dengan pergerakan yang acak dalam fluida
diam atau dalam fluida yang mengalir secara laminer. Suatu molekul yangbergerak lurus
kemudian akan bergerak secara acak karena bertabrakan dengan molekul yang lain,
pergerakan molekul seperti ini disebut Random-Walk Process. Laju difusi dapat dinaikkan
dengan cara pengadukan sehingga kondisi kesetimbangan dapat lebih cepat tercapai Peristiwa lain yang
juga termasuk sebagai peristiwa difusi adalah tinta biru yangditeteskan dalam air bening.
Tinta akan berdifusi perlahan-lahan ke seluruh bagian air hinggadiperoleh kondisi
kesetimbangan (tidak adanya gradien konsentrasi). Untuk menaikkan lajudifusi dapat
dilakukan pengadukan, sehingga kondisi kesetimbanga dapat lebih cepat dicapai.Difusi tidak
terbatas hanya pada perpindahan lapisan stagnant (diam) zat padat atau zat cairsaja. Difusi
juga terjadi dalam fase fluida pencampuran fisika dan pusaran Eddy aliranturbulen, sama
seperti aliran kalor dalam fluida dapat terjadi karena konveksi. Peristiwa inidisebut difusi
pusaran ( Eddy diffusion).Pada fluida yang mengandung banyak komponen yang akan
berdifusi dalam keadaandiam berlaku hukum Frick untuk campuran antara hukum A dan
B,yaitu
HUKUM DIFUSI FICK
Fluks, berbanding lurus dengan gradien
konsentrasi, dC/dx:
_ D = koefisien difusi (cm2/det)
_ C = konsentrasi (g/cm3)
_ x = jarak (cm)
Tanda negatif pada persamaan menandakan bahwa difusi terjadi dalam arah yang
berlawanandengan kenaikan konsentrasi (arah x positif).
Jadi difusi terjadi dalam arah penurunan konsentrasi difusan _fluks selalu bernilai positif.
Difusi akan berhenti jika tidak terdapat lagi gradien konsentrasi (jika dC/dx = 0).
Meskipun koefisien difusi (D) tampak seperti suatu konstanta perbandingan, koefisien ini
biasanya tidak tetap konstan seperti konstanta pada umumnya.
D dipengaruhi oleh konsentrasi, suhu, tekanan,
sifat pelarut, dan sifat kimia difusan.
Transfer massa merupakan salah satu Chemical Engineering Tools, yang merupakan konsepkonsep atau prinsip-prinsip seorang TK dalam menyelesaikan tugasnya.
Chemical Engineering Tools :
1. Neraca Massa,
2. Neraca Panas,
3. Proses-proses Transfer,
4. keseimbangan,
5. ekonomi,
6. humanitas.
Proses-proses transfer di bidang TK meliputi :
A. FISIS
1. transfer momentum
Dijumpai di kasus aliran fluida, pencampuran, sedimentasi dan filtrasi.
2. transfer panas
Dijumpai pada alat-alat pertukaran panas, distilasi, dan pengeringan.
3. transfer massa
Dijumpai pada alat-alat distilasi, pengeringan, ekstraksi, absorbsi,
adsorpsi, stripping dan membran.
B. KIMIA, yaitu kecepatan reaksi kimia.
Mengapa transfer massa perlu dipelajari?
Peristiwa perpindahan massa atau transfer massa atau difusi banyak dijumpai di dalam
kehidupan sehari-hari, di dalam ilmu pengetahuan dan di industri.
Contoh peristiwa transfer massa adalah:
_ larutnya kristal gula dalam air, artinya komponen gula mendifusi ke
fase air.
_ larutnya kopi ke dalam air,
_ terjerapnya zat beracun ke dalam arang,_ larutnya oksigen ke dalam darah,
_ Pada proses fermentasi, nutrisi dan oksigen yang terlarut dalam larutan mendifusi ke
mikroorganisme,
_ Pengambilan uranium dari batuan, dengan cara ekstraksi menggunakan pelarut organik,
misal heksan.
_ Penghilangan logam berbahaya dari limbah cair menggunakan
adsorben, dll.
Di Industri, pemisahan komponen-komponen dari campurannya menggunakan alat transfer
massa seperti absorbsi, distilasi terjadi karena adanya transfer massa.
Kondisi optimum suatu proses dapat ditentukan jika mekanisme dalam
peristiwa transfer massa diketahui.
Apa saja yang dapat mempercepat pelarutan gula? Bagaimana suatu industri minuman
melarutkan gula dalam jumlah banyak? Mengapa kain basah yang dijemur dapat kering?