BAB VI DIFUSI GAS BINER
I.
TUJUAN 1. Mengeta Mengetahui hui faktor faktor yang yang e!enga e!engaruh ruhii !ro"e" !ro"e" #ifu"i #ifu"i "uatu $arutan $arutan ke ga" #an %aktu yang #i&utuhkan. '. Mengetahui Mengetahui !er&an# !er&an#ingan ingan %aktu %aktu yang yang #i&utuh #i&utuhkan kan $arutan $arutan untuk untuk &er#ifu"i &er#ifu"i "e(ara ek"!erien #an "e(ara !erhitungan anua$.
II. DASAR TE)RI Difu Difu"i "i a#a$a a#a$ah h kea kea! !ua uan n "uat "uatu u *at *at +i" +i"a$ a$ *at A, untu untuk k ene enero ro&o &o"" "erentetan !artike$ *at $ain +i"a$ *at B,. Difu"i a#a$ah !ergerakan o$eku$ "uatu *at "e(ara ran#o yang engha"i$kan !ergerakan o$eku$ efektif #ari kon"entra"i tinggi ke kon"entra"i ren#ah. -er!in#ahan a""a yang tera#i #a!at &er$ang"ung #a$a fa"a ga" au!un #a$a fa"a (air. -eri"ti%a #ifu"i akan teru" &er$ang"ung hing hingga ga ter( ter(a! a!ai ainy nyaa
kon# kon#i" i"ii
ke"e ke"eti ti& &an anga gan n
anta antara ra #ua #ua
kea# kea#aa aan n
#ia #iana na
"e&e$u "e&e$uny nyaa ter#a!at ter#a!at !er&e# !er&e#aan aan &e"arny &e"arnyaa kon"en kon"entra" tra"ii "uatu "uatu ko!on ko!onen en !a#a !a#a a"ing/a"ing kea#aan. )$eh karena itu !ro"e" #ifu"i akan #a!at &er$ang"ung "e(ara kontinyu a!a&i$a #i!ertahankan !er&e#aan +gra#ien, kon"entra"inya antara ke#ua kea#aan ter"e&ut. 0a$ ini #a!at #i$akukan #engan enga$irkan f$ui#a yang eru!akan te!at akan &er#ifu"inya "uatu o$eku$ +Geanko!$i" 1223,. Ter#a!at Ter#a!at &e&era!a faktor yang eengaruhi ke(e!atan #ifu"i yaitu 4 1. Ukur Ukuran an !art !artik ike$ e$ Seaki Seakin n ke(i$ ke(i$ ukuran ukuran !artik !artike$ e$ "eaki "eakin n (e!at (e!at !artik !artike$ e$ itu akan akan &erger &ergerak ak "ehingga ke(e!atan #ifu"i "eakin tinggi. '. 5ete 5ete&a &a$a $an n e& e&ra ran n Seakin te&a$ e&ran "eakin $a&at ke(e!atan #ifu"i. 3. 6ua" 6ua" "ua "uatu tu area area Seakin &e"ar $ua" area "eakin (e!at ke(e!atan #ifu"inya. 7. Jarak
Seakin &e"ar arak antara #ua kon"entra"i "eakin $a&at ke(e!atan #ifu"inya. 8. Suhu Seakin tinggi "uhu !artike$ en#a!atkan energi untuk &ergerak #engan $e&ih(e!at enye&a&kan ke(e!atan #ifu"i "eakin (e!at. Koefisien Difusi Gas
Sa$ah "atu eto#e !enentuan koefi"ien #ifu"i ga"
a#a$ah #engan
engua!kan (airan urni #a$a ta&ung ka!i$er yang #ii"i #engan (airan A urni. Di ata" &i&ir ta&ung #ia$irkan ga" B "e(ara hori*onta$.
6au tran"fer a""a !engua!an a#a$ah 4
=
N A
D AB . P T ( P A1 R.T . z
− P A ) '
P MB
+1, Aki&at !engua!an yang tera#i aka u$ah (airan A #a$a ta&ung akan &erkurang. 6au !engurangan (airan A #a$a ta&ung a#a$ah "aa #engan f$uk" NA#ika$ikan $ua" area !ena!ang ta&ung. N A . A
=
ρ A
A
BM A
dz dt
+', Dengan engga&ungkan !er"aaan +1, #an +', engha"i$kan 4 ρ A M BM A dt
=
D AB . P T R.T . L. P MB
( P − P ) A1
A '
+3, Mengintegra"ikan 4
ρ A BM A
z
D AB . P T
∫ z dz = R.T . P
z 9
BM
t
( P − P ) ∫ dt A1
A '
9
+7, Di!ero$eh %aktu !enurunan $e:e$ (airan t F "e&e"ar 4
t F
=
(
'
ρ A z
− z
'
9
R.T . P BM
(
'. BM A . D AB . P T P A1
− P ) A '
+8, +Geanko!$i"1223, '
z
− z = '
9
'. BM A . D AB . P T
( P − P ) A1
R.T . P BM
A '
+;, Dikarenakan ga" B teru" eneru" enga$ir aka kon"entra"i ga" A #i &i&ir ta&ung "e$a$u "aa #engan no$ atau - A' < 9. Dengan e!$ot * ' = * 9' :" t akan e&erikan !er"aaan gari" #engan "$o!e S. S =
'. BM A . D AB . P T
ρ A . R.T . P BM
( P ) A1
+>, atau D AB
=
ρ A . R.T . P BM .S '. BM A . P T . P A1
+?,
Ber#a"arkan Geanko!$i" ruu" DAB "e&agai &erikut 4
V V
(¿¿ b )
1 3
1 3
(¿¿ a ) +¿ ¿ ¿ P ¿ ¿ −7
1.75
1 × 10 ×T
DAB =
1
1 1 2 + ) ×( M A M B
¿
Diana 4 DAB
4 5oefi"ien #ifu"i +'@#etik,
T
4 Te!eratur A&"o$ut +5,
MA
4 Berat Mo$eku$ ga" A
MB
4 Berat Mo$eku$ ga" B
-
4 Tekanan A&"o$ut +at,
Va
4 Vo$ue "truktur ga" A
V&
4 Vo$ue "truktur ga" B
Vo$ue "truktur #a!at #itentukan #engan ta&e$ &erikut 4 Ta&e$. II.1 Ta&e$ Vo$ue Struktur 0 ) +N, 0' D' 0e N' )' Air Ar 5r +Ce, Ne
Atoi( an# "tru(tura$ #iffu"ion :o$ue in(reent" : 1;.8 +$, 1.2? +S, 8.7? Aroati( ring 8.;2 0etero(y($i( ring Diffu"ion :o$ue" for "i!$e o$e(u$e" : >.9> ) ;.>9 )' '.?? N ') 1>.2 N03 1;.; 0 ') '9.1 +$'F', 1;.1 +SF;, ''.? +$', 3>.2 +Br', 8.82 +S)',
PROSEDUR KERJA
1. A$at
12.8 1>.9 /'9.' /'9.' 1?.2 ';.2 38.2 17.2 1'.> 117.? ;2.> 3>.> ;>.' 71.1
a
b
g
c
h
#
e
f
g Gambar .... Peralatan Diusi Gas !iner Keterangan " a. Gelas ukur #$ ml b. Pipet ukur #$ ml c.!all %ller d. Piknometer 5 ml e. &imbangan digital . Kipas angin g. Penggaris '. Bahan a. 6arutan A(etone ? $ &. 6arutan n/0eane 19 $ (. Air aua#e" 1' $
3. Skea 5era a. Difu"i a!uran A(etone #an n/0eane
5 ml Acetone
5 ml n- Hexane
Piknometer Kipas angin
Mengukur densitas dan massa campuran
Gelas Ukur Mengukur perubahan ketinggian permukaan
Ga&ar .... Skea 5era Difu"i a!uran A(etone #an n/0eane &. Difu"i a!uran A(etone #an Air
5 ml Acetone
5 ml Air
Piknometer Kipas angin
Mengukur densitas dan massa campuran
Gelas UkurMengukur perubahan ketinggian permukaan
Ga&ar .... Skea 5era Difu"i a!uran A(etone #an Air
(. Difu"i a!uran n /0eane #an Air
5 ml n- Heksane
5 ml Air
Piknometer
Kipas angin
Mengukur densitas dan massa campuran
Gelas Ukur Mengukur perubahan ketinggian permukaan
Ga&ar ... Skea 5era Difu"i a!uran n/0eane #an Air
DATA PENGAMATAN
Ta&e$ ... Data Den"ita" 6arutan a!uran Varia&e$
-er&an#ingan
A(etone air n/hek"ana air A(etone n/
Vo$ue 141 141 141
hek"ana
Vo$ue +$, 19 19 19
Ma""a +g, >;; ;7? ;;?
Den"ita" +g@$, 183' 1'2; 133;
Ta&e$ ... Data -engaatan aktu Difu"i 6arutan a!uran N
aktu
aktu
o
+a,
+enit,
1 ' 3 7 8 ; > ? 2 19 11 1'
19.88 11.98 11.18 11.'8 11.38 11.78 11.88 1'.98 1'.18 1'.'8 1'.38 1'.78
9 19 '9 39 79 89 ;9 >9 ?9 29 199 119
A(etone air
5etinggian +(, n/hek"ana A(etone n/hek"ana air ;99 828 829 8>9 888 889 879 838 839 8'9 819 898
;99 829 8?9 8>9 8;9 889 838 839 8'8 8'9 818 819
;99 8?9 8>9 8;8 888 889 838 839 8'8 818 898 899
Ta&e$ ... Data -engaatan ketika tinggi $arutan en(a!ai 1>8 H tinggi a%a$ 6arutan
aktu +a,
Tinggi +(,
A(etone air
1'.81
899
n/heane air
1'.8'
899
A(etone n/heane
1'.8'
729
Pembahasan
-a#a !raktiku #ifu"i ga" &iner ka$i ini &ertuuan untuk engaati %aktu &erkurangnya ketinggian $arutan (a!uran yang #i"e&a&kan a#anya #ifu"i yang tera#i antara $arutan (a!uran #engan ga" +u#ara,. aktu &erkurangnya ketinggian #iaati "aat $arutan (a!uran #a$a ge$a" ukur &erkurang 1>8 H #ari ketinggian a%a$ $arutan (a!uran #a$a ge$a" ukur. -a#a ek"!erien ini #igunakan $arutan (a!uran air +A, = a(eton +B, $arutan air +A, = n/0eane +, #an $arutan a(etone +B, = n/0eane +, #engan !er&an#ingan 1 4 1. -er&an#ingan ini #igunakan untuk engetahui !engaruh #ari ra"io $arutan "uatu ga" terha#a! %aktu #ifu"i. Ma"ing =
a"ing
$arutan
#ikon#i"ikan
ena#i
$arutan
(a!uran
#engan
!er&an#ingan :o$ue. Sehingga :aria&e$ yang #iaati yaitu $arutan (a!uran a(eton = air $arutan (a!uran a(eton = n/0eane #an $arutan (aourann/0eane = air #engan "eua ra"io &er&an#ing 8 4 8 $. 5etiga :aria&e$ $arutan ini #a!at #iketahui #en"ita" a"ing = a"ing $arutan (a!uran #engan eni&ang &eratnya keu#ian #ikurangi #engan &erat !inoeter ko"ong "ehingga #iketahui a""anya keu#ian #i&agi #engan :o$uenya #an #i#a!at$ah #en"ita" #ari a"ing = a"ing (a!uran "e!erti !a#a #ata IV (. Se"uai #engan #a"ar teori ekani"e #ifu"i !a#a ek"!erien ini a#a$ah #ifu"i o$eku$er. aitu #ifu"i yang tera#i enga$ai !ergerakan o$eku$ = o$eku$ e$e%ati o$eku$ = o$eku$ #a$a kea#aan "tagnan atau (en#erung #ia yaitu u#ara #engan !ergerakan yang a(ak. Diana o$eku$ = o$eku$ yang ter#a!at #a$a $arutan (a!uran a(eton n/ 0eane a(eton air #an air n/0eane akan &ergerak "e(ara a(ak e$e%ati o$eku$ = o$eku$ yang #ia. A(eton #an n/0eane eru!akan "enya%a organik yang u#ah engua! "ehingga "aat !enuangan $arutan haru" #i$akukan #engan te$iti. -ro"e" #ifu"i tera#i #ari o$eku$ yang ter#a!at #i#a$a ge$a" ukur #engan ketinggian tertentu enuu &agian ata" #ari ge$a" ukur #iana ter#a!at o$eku$ u#ara yang #ike$uarkan #ari ki!a" angin. 5e(e!atan #ifu"ifita" $arutan (a!uran #a!at #iukur #engan engaati &erkurangnya ketinggian !erukaan $arutan (a!uran terha#a! "atuan %aktu. Mengukur tinggi $arutan (a!uran enggunakan !enggari" hingga en(a!i target #ari &erkurangnya ketinggian yang #iinginkan. Se#angkan !enggunaan a(uan &erkurangnya ketinggian $arutan &er#a"arkan %aktuuntuk enye"uaikan #engan !er"aaan yang #igunakan en(ari #ifu"ita" terha#a!u#ara. Da$a !er"aaan #ifu"ita" ga" &iner &erkurangnya ketinggian $arutan #ifu"i &er&an#ing ter&a$ik #engan ni$ai #ifu"ita". Ber#a"arkan !er(o&aan yang #i$akukan #ifu"ita" ga" (en#erung turun yang #itunukkan #engan#ata !enurunan ketinggian $arutan (en#erung
e$a&at.ha$ini #ikarenakan "eakin $e&arnya ruang ko"oong #a$a ta&ung aka "eakinren#ahnya kon"entra"i u#ara. Sehingga #ifu"i yang tera#i antara kon"entra"i tinggi yang &era"a$ #ari $arutan #engan kon"entra"i ren#ah #ari u#ara &e&a" "eakin e$a&at. Ma"a$ah #iata" #iata"i #engan !enggunaan ki!a" anginuntuk e!er(e!at tera#inya #ifu"i. Dengan a#anya "u!!$y #ari ki!a" angin kon"entra"i u#ara yang te$ah eni!i" #i"ekitar ta&ung #a!at #itingkatkan ke&a$i. Sehingga #ifu"i #ari kon"entra"i ren#ah u#ara #a!at eningkat #engan "u!!$y u#ara #ari ki!a" angin. Sehingga #i!ero$eh %aktu yang #i&utuhkan untuk !ro"e" #ifu"i "etia! $arutan (a!uran #ari ha"i$ !er(o&aan yang keu#ian #i&an#ingkan #engan %aktu #ifu"ifita" #ari ha"i$!erhitungan "e(ara teoriti". Dari ha"i$ !erhitungan #i!ero$eh %aktu #ifu"i "e&agai &erikut4 6arutan a!uran Air A(etone Air n/0eane A(etone n/0eane
aktu Difu"i + enit, 0a"i$ Ek"!erien 0a"i$ -erhitungan Teoriti" 11; 173>7 enit 11> ?9222 enit 119 11111 enit
Dari ta&e$ #iata" #a!at #iketahui &ah%a %aktu #ifu"i ter(e!at a#a$ah !a#a $rutan (a!uran a(etone n/0eane yaitu 119 enit ha$ ini #a!at tera#i #ikarenakan $arutan a(etone = n/0eane eru!akan *at yang $e&ih :o$ati$ #i&an#ingkan #engan $arutan yang $ain. Dan a#anya faktor #en"ita" $arutan air a(etone ei$iki #en"ita" yang !a$ing &e"ar yaitu 183' g@( 3. Sehingga $au #ifu"inya !a$ing $a&at &i$a #i&an#ingkan #engan $arutan $ainnya. Se#angkan untuk $arutan a(etone n/0eane ei$iki #en"ita" yang ke(i$ yaitu "e&e"ar 133; g@( 3 "ehingga $au #ifu"inya (e!at #i&an#ingkan $arut#an $ainnya. Dari !erhitungan "e(ara teoriti" #i#a!atkan !er&e#aan %aktu #ifu"i yang #i!ero$eh antara ha"i$ ek"!erien. 0a$ini #a!at #i"e&a&kan kurang te$itinya !engaatan yang #i$akukan "aat !engukuran ketinggian $arutan "etia! "atuan %aktu. Seakin ek(i$ $ua" !ena!ang #ari %a#ah "uatu $arutan
aka "eakin u#ah !engaatan karena "e$i"ih &erkurangnya ketinggian ena#i u#ah untuk #iaati. Naun !er&e#aan antara ke#uanya ti#ak ter$a$u auh. -a#a !raktiku yang #i$akukan $arutan a(etone n/0eane !a$ing (e!at enga$ai #ifu"i #an en(a!ai target. 0a$ ini $arutan a(etone #an n/0eane ei$iki tingkat :o$ati$ita" yang $e&ih tinggi #i&an#ingkan $arutan $ain.
V.
5ESIM-U6AN DAN SARAN 1.
5e"i!u$an 1. Difu"i a#a$ah !eri"ti%a !er!in#ahan kon"entra"i o$eku$ tinggi '.
enuu yang ren#ah hingga tera#i ke"ei&angan kon"entra"i. Faktor yang e!engaruhi !ro"e" #ifu"i a#a$ah "uhu tekanan &erat o$eku$ ke$arutan #a$a e#iu akti:ita" #en"ita" area !er&e#aan kon"entra"i #an arak antara ketinggian !erukaan
3.
$arutan #engan u#ara. 0a"i$ %aktu #ifu"i a"ing/a"ing $arutan !a#a !raktik$u &er&e#a
&er#a"arkan !er"aaan Fu$$erS(hetter #an i##ing" 7. aktu yang #iha"i$kan tia! $arutan &er&e#a/&e#a karena faktor 8.
#ifu"ita"nya yang &er&e#a. Dari ha"i$ ek"!erien #an !erhitungan "e(ara teoriti" #i#a!at "e$i"ih %aktu '>>7 enit $e&ih (e!at untuk a(etone/air 3;991 enit $e&ih (e!at untuk air/n/0eane #an 111 enit $e&ih (e!at untuk a(etone/n/0eane.
'.
Saran 1. '. 3. 7.
Mengetahui target yang #i&erikan o$eh !e&i&ing ter$e&ih #ahu$u. Menentukan ruu" yang akan #igunakan. 0ati/hati "aat e$akukan !raktiku DAFTAR -USTA5A
Geanko!$i" J.G. 1223. Transport Prcesses and Unit Operations. -renti(e/0a$$ In(. USA. -erry. '99?. Chemical n!ineers "and#oo$. M( Gra%/0i$$ In(. USA.
M(a&e .6 Sith an# 0arriot.1223. Unit Operations o% Chemical n!ineerin! & 'th ed. M( Gra%/0i$$ In(. USA
A-ENDIC Den"ita" tia! $arutan 1. A(etone Air 9 < 172> gra 1 < 12>2 gra
v
¿ 7,66 = 1,532 gram 5
ml
¿ m ρ = ¿
'. A(eton n/0eane 9 < 1727 gra 1 < 1?8? gra v gram 6 , 68 ¿ =1,336 ml 5
¿ m ρ= ¿
3. Air n/0eane 9 < 1'99 gra 1 < 18?7 gra v 6,48 gram ¿ = 1,296 5 ml
¿ m ρ= ¿
a. -erhitungan koefi"ien #ifu"i #an %aktu #ifu"i $arutan (a!iran air #an a(etone. •
Menghitung tekanan ua! +- A1, enggunakan !er"aaan Antoine #engan T < '? 94 "at
$n - < <
A −
T + C
16,3872 −
3885,7 28 + 230,17
< 3177 k-a - < 37?3 k-a -A1 < 93'> at Menghitung tekanan ua! "tan#art +- A19, #engan antoine !a#a T "at
•
B
"tan#art '89 4
•
-1 < 31;18 k-a -' < 39;82 k-a -A19 < 939>3 at Menghitung Tekanan ua! tota$ +- T, 0 P A 1 P A 1 1 atm
PT = PT •
=
PT
0,327 x 1 atm 0,3073
< 19;7' at
Menghitung $og ean inert B +- BM, PB 2− P B 1 PBM = ln ( P B 2 / PB 1 )
PBM =
1,0642−0,7371 ln ( 1 , 0642 / 0,7371 )
PBM = 0,8907 atm
•
Menghitung koefi"ien #ifu"ifita" DAB V V
(¿¿ b )
1 3
1 3
(¿¿ a ) +¿ ¿ ¿ P ¿ ¿ −7
1.75
1 × 10 ×T
DAB =
1
1 1 2 + ) ×( M A M B
¿
2
cm D AB=−198,6611 menit •
Menghitung %aktu yang #i&utuhkan (airan untuk &er#ifu"i ρ ( Z f
2
−Z 02
T F =¿ R T P BM
¿
2 × M A × D AB × P ( P A 1− P A 2 )
T F =143,7437 menit
&. -erhitungan koefi"ien #ifu"i #an %aktu #ifu"i $arutan (a!iran air #an n/ 0eane. Menghitung tekanan ua! +- A1, enggunakan !er"aaan Antoine • #engan T < '?94 "at
$n - <
A −
<
B T + C
16,3872−
3885,7 28 + 230,17
< 3177 k-a - < 37?3 k-a -A1 < 9';? at Menghitung tekanan ua! "tan#art +- A19, #engan antoine !a#a T "tan#art "at
•
•
'89 4 -1 < 31;18 k-a -' < ''2;2 k-a -A19 < 9'88> at Menghitung Tekanan ua! tota$ +-T, 0 P A 1 P A 1 1 atm
•
=
PT
PT =
0,268 x 1 atm 0,2557
PT
< 198 at
Menghitung $og ean inert B +- BM, PB 2− P B 1 PBM = ln ( P B 2 / PB 1 ) PBM = 0,9092 atm
•
Menghitung koefi"ien #ifu"ifita" D AB
V V
(¿¿ b )
1 3
1 3
(¿¿ a ) +¿ ¿ ¿ P ¿ ¿ −7
1.75
1 × 10 ×T
DAB =
1
1 1 2 + ) ×( M A M B
¿
2
cm D AB=−196,2133 menit •
Menghitung %aktu yang #i&utuhkan (airan untuk &er#ifu"i ρ ( Z f
2
−Z 02
T F =¿ R T P BM
¿ 2 × M A × D AB × P ( P A 1− P A 2 )
T F =80,99 menit
(. -erhitungan koefi"ien #ifu"i #an %aktu #ifu"i $arutan (a!iran a(etone #an n/0eane. Menghitung tekanan ua! +- A1, enggunakan !er"aaan Antoine • #engan T < '?94 "at
$n - < <
A −
B T + C
14,3145 −
2756,22 28 + 228,06
•
-"at < 37?3 k-a -A1 < 9'?8 at Menghitung tekanan ua! "tan#art +- A19, #engan antoine !a#a T "tan#art
•
'89 4 -1 < 39;82 k-a -' < '912? k-a -A19 < 9'892 at Menghitung Tekanan ua! tota$ +-T,
P
0
1 atm
•
P A 1
A 1 =
PT
PT =
0,285 x 1 atm 0,2509
PT
< 113> at
Menghitung $og ean inert B +- BM, PB 2− P B 1 P BM = ln ( P B 2 / PB 1 ) PBM = 0,9871 atm
•
Menghitung koefi"ien #ifu"ifita" D AB V V
(¿¿ b )
1 3
1 3
(¿¿ a ) +¿ ¿ ¿ P ¿ ¿ −7
1.75
1 × 10 ×T
DAB =
1
1 1 2 + ) ×( M A M B
¿ 2
cm D AB=−137,91 menit •
Menghitung %aktu yang #i&utuhkan (airan untuk &er#ifu"i ρ ( Z f
2
−Z 02
T F =¿ R T P BM
¿ 2 × M A × D AB × P ( P A 1− P A 2 )
T F =111,11 menit