MM091351 FENOMENA TRANSPORT Kredit: 3 SKS Semester: 5 Dr. Eng. Hosta Ardhyananta, S.T., M.Sc. BAHAN AJAR ON-LINE 14 JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER (ITS) SURABAYA

DIFUSI DENGAN REAKSI KIMIA HETEROGEN Sebuah reaktor katalitik, reaksi dimerisasi : 2A  A2 Pada sistem ini, derajat kerumitan tidak dapat dijelaskan secara tepat oleh pengembangan secara teoritik Beberapa informasi mengenai kelakuan sistem ini diperoleh dengan menganalisis model yang sangat disederhanakan Sebagai contoh, kita dapat membayangkan bahwa setiap partikel katalis dikelilingi oleh lapisan tipis / film gas tetap tempat A harus berdifusi untuk mencapai permukaan katalitik Pada permukaan katalis, kita mengira bahwa reaksi : terjadi seketika dan kemudian produk A2 berdifusi kembali keluar melalui lapisan tipis / film gas ke aliran gas turbulen terdiri dari A dan A2

Kita menuliskan laju lokal perubahan dari A ke A2 ketika tebal film-gas efektif, δ, dan komposisi aliran-gas utama xA0 dan xA20 diketahui Kita asumsikan bahwa film gas adalah isotermal, walaupun pada banyak reaksi katalitik, panas dihasilkan oleh reaksi tidak dapat diabaikan

A A A A

Satu mol A2 bergerak pada arah-z negatif untuk setiap dua mol A bergerak pada arah-s positif Hal ini kita ketahui dari reaksi stoikiometri Steady state Fluks molar Hukum difusi ditambah stoikiometri reaksi menunjukkan NAz sebagai gradien konsentrasi

Kesetimbangan massa untuk spesies A pada slab tipis film gas Prosedur ini serupa dengan prosedur sebelumnya Kondisi batas 1 : pada z = 0 , xA = xA0 Kondisi batas 2 : pada z = δ , xA = 0

Distribusi konsentrasi Fluks molar Kuantiti NAZ dapat juga diinterpretasikan sebagai laju lokal dimerisasi per satuan luas permukaan katalitik Informasi ini dapat dikombinasikan dengan informasi lain untuk mendapatkan laju perubahan keseluruhan dalam reaktor keseluruhan

Walaupun reaksi kimia terjadi seketika pada permukaan katalitik, perubahan A menjadi A2 terjadi pada laju tertentu karena proses difusi berlangsung mengikuti proses reaksi. Kita sebut perubahan A menjadi A2 sebagai difusi-dikendalikan

Difusi dengan reaksi heterogen lambat Tinjauan ulang proses sebelumnya ketika reaksi 2A  A2 tidak seketika pada permukaan katalitik (pada z = δ). Asumsi bahwa laju penghilangan A pada permukaan dilapis-katalis adalah proporsional dengan konsentrasi A pada permukaan Solusi: …

DIFUSI DENGAN REAKSI KIMIA HOMOGEN Gas A larut / menghilang dalam cairan B dan berdifusi pada fase cair Ketika berdifusi, A mengalami reaksi kimia tingkat-pertama tak-berubah : A + B  AB Kesetimbangan massa (input – output + produksi = 0 ) k1’’’ adalah konstanta / tetapan laju tingkat-pertama untuk dekomposisi / penguraian A dan S adalah luas daerah-potongan cairan

A B + B A

Kuantiti k1’’’cA mewakili penghilangan mol A per satuan volume per satuan waktu Menggunakan konsep limit mendekati nol Jika A dan AB hadir dalam konsentrasi yang sedikit Kondisi batas 1 : pada z = 0 , cA = cA0 Kondisi batas 2 : pada z = L , NAz = 0 atau dcA/dz = 0

Distribusi konsentrasi Konsentrasi rata-rata A pada fase cairan

Fluks molar A pada bidang z = 0 dihitung berdasarkan Pada perlakuan ini diasumsikan bahwa A hadir dalam konsentrasi sedikit dan produk reaksi kimia AB tidak mencampuri difusi A melalui B

Penyerapan gas dengan reaksi kimia pada sebuah tanki diaduk Perkirakan pengaruh laju reaksi kimia penyerapan gas dalam tanki diaduk. Pertimbangan kasus bahwa gas A yang dilarutkan mengalami reaksi tingkat-pertama tak-kembali dengan cairan B. A menghilang dalam fase cairan dengan laju setimbang dengan konsentrasi lokal A Solusi: …

Proses absorpsi yang kompleks Difusi reaksi kimia mirip dengan difusi gas ke cairan

DIFUSI KEPADA LAPISAN TIPIS CAIRAN JATUH : PERPINDAHAN MASSA KONVEKSI-DIPAKSA Gambaran perpindahan massa konveksi-dipaksa yaitu aliran viskos dan difusi terjadi pada kondisi medan kecepatan yang dianggap tidak dipengaruhi oleh difusi Penyerapan gas A oleh film jatuh laminer cairan B Material A larut sangat sedikit dalam B, sehingga viskositas cairan tidak terlalu berubah Batasan selanjutnya adalah difusi terjadi sangat lambat pada lapisan tipis cairan yaitu A tidak dapat masuk lebih jauh ke dalam B Jarak masuk sedkit dibandingkan dengan ketebalan film

Proses pembentukan persamaan diferensial Langkah pertama adalah memecahkan kasus perpindahan momentum sehingga diperoleh profil kecepatan v x film Langkah selanjutnya mencari kesetimbangan massa komponen A Konsentrasi cA akan berubah terhadap x dan z Elemen berupa volume potongan slab